WO2017221476A1 - 絶縁型コンバータ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an isolated converter, and more particularly to an isolated converter including a transformer in which a coil is formed by a pattern formed on a multilayer substrate.
- an insulating converter having a primary coil and a secondary side formed on a multilayer substrate.
- the primary side coil and the secondary side coil are configured by winding patterns formed on the surface layer and the inner layer of the multilayer substrate with an insulation distance therebetween.
- Patent Document 1 discloses a magnetic device in which a coil is formed by a plurality of coil patterns formed on an outer surface layer and an inner layer of a multilayer substrate.
- a heat dissipation pin that is electrically connected to a coil pattern in the inner layer and a heat dissipation pin that is electrically insulated are formed, and each heat dissipation pin is connected to a heatsink on the outer surface layer.
- a predetermined insulation is also provided between the heat conductive via connecting the primary coil and the cooler and the heat conductive via connecting the secondary coil and the cooler.
- the distance needs to be secured.
- the size of the isolated converter increases.
- the distance between the heat generating portion and the heat conductive via becomes long, it is difficult to sufficiently dissipate the heat generating portion.
- a main object of the present invention is to provide an insulated converter that is smaller than a conventional insulated converter and has high heat dissipation.
- An insulated converter according to the present invention has a first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface, and a substrate on which a first through hole reaching from the first surface to the second surface is formed. And a magnetic core partially inserted into the first through hole.
- the first conductor pattern formed on the second surface at a position overlapping the magnetic core, and between the first surface and the second surface
- the second conductor pattern formed at a position overlapping the magnetic core and the first conductor pattern when viewed from the direction intersecting the first surface, the first conductor pattern, and the substrate.
- at least one heat conductive member having a portion disposed between the magnetic core and an insulated heat transfer member that electrically insulates between the first conductor pattern and the second conductor pattern .
- an insulated converter that is smaller than a conventional insulated converter and has high heat dissipation.
- FIG. 1 is a perspective view showing an insulating converter according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing a transformer section of the insulating converter according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a multilayer substrate that constitutes a transformer section of the insulating converter according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a circuit diagram of an isolated converter according to Embodiment 1.
- FIG. It is a top view when each layer of the multilayer substrate shown in FIG. 3 is viewed from the first surface side, (A) is the first layer, (B) is the second layer, (C) is the third layer, ( D) is a plan view of the fourth layer.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing a transformer section of the insulating converter according to Embodiment 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a multilayer substrate that constitutes a transformer section of the insulating converter according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is
- FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line VI (A) -VI (A) shown in FIG. 5A
- FIG. 5B is a line VI (B) ⁇ shown in FIG.
- FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line VI (B)
- FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line VI (C) -VI (C) shown in FIG. 5C
- FIG. It is sectional drawing seen from line segment VI (D) -VI (D) shown by D).
- (A) And (B) is a top view which shows the modification of a heat conductive member in the insulation type converter which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 1 is a top view which shows the modification of a heat conductive member in the insulation type converter which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 10 is a plan view showing a modification of the fourth conductor pattern in the insulated converter according to the first embodiment.
- 5 is a circuit diagram of an isolated converter according to Embodiment 2.
- FIG. 11A is a cross-sectional view viewed from line segment XII (A) -XII (A) shown in FIG. 11A
- FIG. 11B is a line segment XII (B) ⁇ shown in FIG.
- FIG. 11C is a cross-sectional view as viewed from XII (B)
- FIG. 11C is a cross-sectional view as viewed from line segment XII (C) -XII (C) shown in FIG. 11C
- FIG. It is sectional drawing seen from the line segment XII (D) -XII (D) shown by D).
- 6 is a circuit diagram of an isolated converter according to Embodiment 3.
- FIG. 3 is a circuit diagram of an isolated converter according to Embodiment 3.
- FIG. 14A is a cross-sectional view taken along line XV (A) -XV (A) shown in FIG. 14A
- FIG. 14B is a line XV (B) ⁇ shown in FIG.
- FIG. 14 is a cross-sectional view as viewed from XV (B)
- (C) is a cross-sectional view as viewed from line segment XV (C) -XV (C) shown in FIG.
- FIG. 14 (C), and (D) is a cross-sectional view as shown in FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line XV (D) -XV (D) shown in D).
- XV (D) XV
- FIG. 10 is a circuit diagram of an isolated converter according to a fifth embodiment.
- Embodiment 1 FIG. ⁇ Configuration of isolated converter> With reference to FIGS. 1 to 3, the configuration of isolated converter 100 according to Embodiment 1 will be described.
- the isolated converter 100 includes a transformer 1, a primary side drive circuit 2, a rectifier circuit 3, and a smoothing circuit 4.
- the transformer 1, the primary side drive circuit 2, the rectifier circuit 3 and the smoothing circuit 4 are mounted on the multilayer substrate 8.
- the transformer 1 includes a primary side coil 11A (see FIG. 4) and secondary side coils 12A and 12B constituted by a conductor pattern formed on the multilayer substrate 8, and magnetic cores 13 and 14 (see FIG. 2). Including. The detailed configuration of the transformer 1 will be described later.
- the primary side drive circuit 2 includes a plurality of switching elements 21A, 21B, 21C, 21D mounted on the multilayer substrate 8.
- the rectifier circuit 3 includes a plurality of rectifier elements 31A and 31B (see FIG. 4) mounted on the multilayer substrate 8.
- the smoothing circuit 4 includes a smoothing capacitor 41, a smoothing coil 42 composed of a conductor pattern formed on the multilayer substrate 8, and a magnetic core 43.
- the multilayer substrate 8 has a first surface 8A and a second surface 8D located on the opposite side of the first surface 8A. The second surface 8D of the multilayer substrate 8 is connected to and fixed to the casing 71 (cooler).
- the primary side drive circuit 2 includes a switching element 21A and a switching element 21B connected in series, and a switching element 21C and a switching element 21D.
- the primary coil 11A of the transformer 1 is connected between a connection point 22 between the switching element 21A and the switching element 21B and a connection point 23 between the switching element 21C and the switching element 21D.
- the switching element 21A, the switching elements 21B, 21C, and 21D are, for example, MOSFETs.
- the drain terminals of the switching elements 21A and 21C are connected to the positive side of the DC power source 6.
- Each source terminal of the switching elements 21 ⁇ / b> B and 21 ⁇ / b> D is connected to the negative side of the DC power supply 6.
- the cathode terminals of the rectifier elements 31A and 31B are connected to the secondary coils 12A and 12B of the transformer 1.
- the anode terminals of the rectifying elements 31 ⁇ / b> A and 31 ⁇ / b> B are connected to the reference potential 7 on the secondary side of the insulating converter 100.
- a connection point 34 between the secondary coils 12 ⁇ / b> A and 12 ⁇ / b> B is connected to the smoothing coil 42 of the smoothing circuit 4.
- the smoothing coil 42 and the smoothing capacitor 41 are connected in series.
- the voltage Vo of the smoothing capacitor 41 of the smoothing circuit 4 becomes the output voltage (secondary voltage) Vo of the insulation type converter 100.
- the primary side drive circuit 2 and the smoothing circuit 4 are connected to the control circuit 5.
- the control circuit 5 controls the on / off operation of the switching elements 21A, 21B, 21C, and 21D of the primary side drive circuit 2 so that the voltage Vo of the smoothing capacitor 41 becomes a predetermined value.
- the magnetic cores 13 and 14 of the transformer 1 are constituted by, for example, a so-called E-type core 13 whose side shape is E-shaped and a so-called I-type core 14 whose side shape is I-shaped.
- the E-type core 13 has outer legs 13A and 13B and a middle leg 13C. Through holes 84A, 84B, and 84C reaching the second surface 8D from the first surface 8A are formed in a region where the transformer 1 is configured on the multilayer substrate 8.
- the outer legs 13A, 13B and the middle legs 13C of the E-type core 13 are inserted into the through holes 84A, 84B, 84C, respectively.
- the connecting portion that connects the outer legs 13A and 13B and the middle leg 13C of the E-type core 13 is disposed on the first surface 8A of the multilayer substrate 8, for example.
- the I-type core 14 is disposed, for example, on the second surface 8D of the multilayer substrate 8, and is connected to the outer legs 13A and 13B and the middle leg 13C of the E-type core 13. Thereby, a magnetic path passing through the outer legs 13A and the middle legs 13C and a magnetic path passing through the outer legs 13B and the middle legs 13C are formed in the magnetic cores 13 and 14.
- the multilayer substrate 8 for example, four conductor pattern layers 81A, 81B, 81C, and 81D and three electrical insulating layers 82A, 82B, and 82C intersect the first surface 8A. It is comprised as a laminated body laminated
- the conductor pattern layer 81A is formed on the first surface 8A.
- the conductor pattern layer 81D is formed on the second surface 8D.
- the conductor pattern layer 81B is formed between the first surface 8A and the second surface 8D, and is laminated with the conductor pattern layer 81A with the electrical insulating layer 82A interposed therebetween.
- the conductor pattern layer 81C is formed between the first surface 8A and the second surface 8D, and is laminated with the conductor pattern layer 81B with the electrical insulating layer 82C interposed therebetween.
- the conductor pattern layer 81B is laminated with the conductor pattern layer 81C with the electrical insulating layer 82B interposed therebetween.
- the conductor pattern layer 81A, the electrical insulation layer 82A, the conductor pattern layer 81B, the electrical insulation layer 82B, the conductor pattern layer 81C, the electrical insulation layer 82C, and the conductor pattern layer 81D are sequentially laminated.
- the material constituting the conductor pattern layers 81A, 81B, 81C, 81D may be any material having conductivity, but includes, for example, copper (Cu).
- the material constituting the electrical insulating layers 82A, 82B, and 82C may be any material having electrical insulation, but is preferably a material having relatively high thermal conductivity. That is, the electrical insulating layers 82A to 82C are configured as members (insulating heat transfer members) having electrical insulation and high thermal conductivity.
- the thickness of the conductor pattern layers 81A to 81D is, for example, not less than 35 ⁇ m and not more than 105 ⁇ m.
- the thickness of the electrical insulating layers 82A and 82C in the intersecting direction is thinner than the thickness of the electrical insulating layer 82B, for example, 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.
- the thickness of the electrical insulating layer 82B is, for example, not less than 0.6 mm and not more than 1.0 mm.
- the electrically insulating layer 82A electrically insulates and thermally connects the conductor pattern layer 81A and the conductor pattern layer 81B.
- the electrical insulating layer 82B electrically insulates and thermally connects the conductor pattern layer 81B and the conductor pattern layer 81C.
- the electrically insulating layer 82C electrically insulates and thermally connects the conductor pattern layer 81C and the conductor pattern layer 81D.
- each of the conductor pattern layers 81A, 81B, 81C, 81D includes a conductor pattern constituting the primary side coil 11A or the secondary side coils 12A, 12B, and a periphery of the conductor pattern. And other conductor patterns formed. 2 is formed on the multilayer substrate 8 by electrically connecting the conductor patterns of the conductor pattern layers 81A, 81B, 81C, and 81D via the vias 81E to 81J (see FIG. 2). Details will be described later).
- the conductor pattern layer 81A includes a third conductor pattern 85A constituting the secondary coil 12A, and conductor patterns 86A and 87A formed around the third conductor pattern 85A. have.
- the third conductor pattern 85A is formed in a winding shape so as to surround the through hole 84C.
- the third conductor pattern 85A has a portion formed between the through hole 84C and the through hole 84A and a portion formed between the through hole 84C and the through hole 84B.
- the conductor patterns 86A and 87A are formed at a distance from the third conductor pattern 85A.
- the conductor pattern layer 81B includes a fourth conductor pattern 85B constituting the primary coil 11A and a conductor pattern 86B (sixth conductor pattern 85B formed around the fourth conductor pattern 85B). Conductor pattern) and conductor pattern 87B.
- the fourth conductor pattern 85B is formed in a winding shape so as to surround the through hole 84C.
- the conductor patterns 86B, 87B, and 88B are formed at a distance from the fourth conductor pattern 85B, which will be described later.
- the conductor pattern layer 81C includes a second conductor pattern 85C constituting the primary coil 11A and a conductor pattern 86C (sixth conductor pattern) formed around the second conductor pattern 85C. Conductor pattern) and conductor pattern 87C.
- the second conductor pattern 85C is formed in a winding shape so as to surround the through hole 84C.
- the conductor patterns 86C, 87C, and 88C are formed with an insulation distance, which will be described later, away from the second conductor pattern 85C.
- the conductor pattern layer 81D includes a first conductor pattern 85D that constitutes the secondary coil 12B, and a conductor pattern 86D (fifth conductor pattern formed around the first conductor pattern 85D). Conductor pattern) and conductor pattern 87D.
- the first conductor pattern 85D is formed in a winding shape so as to surround the through hole 84C.
- the first conductor pattern 85D has a portion formed between the through hole 84C and the through hole 84A and a portion formed between the through hole 84C and the through hole 84B.
- the conductor patterns 86D and 87D are formed at a distance from the first conductor pattern 85D.
- the connecting portion of the E-type core Most of the overlapping positions (for example, area ratio of 80% or more, preferably 90% or more) overlap with the conductor pattern layer 81A, for example, the third conductor pattern 85A.
- the second conductor pattern 85C has a large portion (for example, an area ratio of 80) that overlaps with the connecting portion of the E-type core. % Or more, preferably 90% or more) is formed so as to overlap the conductor pattern layer 81D, for example, the first conductor pattern 85D.
- heat conductive members 91A, 91B, and 91C are formed on the third conductor pattern 85A.
- Each of the heat conducting members 91 ⁇ / b> B and 91 ⁇ / b> C is formed so as to be positioned between the magnetic core 13 and the multilayer substrate 8.
- Each of the heat conducting members 91A, 91B, 91C is formed so as to surround the through hole 84C.
- Each of the heat conducting members 91A, 91B, 91C preferably has a portion formed on a region overlapping with the fourth conductor pattern 85B in the third conductor pattern 85A when viewed from the intersecting direction. .
- Each of the heat conducting members 91A, 91B, 91C is formed along, for example, one side of the through hole 84C.
- the heat conductive member 91 ⁇ / b> A and the heat conductive member 91 ⁇ / b> B may be formed, for example, with an interval (gap).
- the heat conducting member 91 ⁇ / b> A and the heat conducting member 91 ⁇ / b> C may be formed at an interval, for example.
- heat conductive members 91D, 91E, and 91F are formed on the first conductor pattern 85D.
- Each of the heat conducting members 91 ⁇ / b> E and 91 ⁇ / b> F is formed so as to be positioned between the magnetic core 14 and the multilayer substrate 8.
- Each of the heat conductive members 91D to 91F is formed so as to surround the through hole 84C.
- Each of the heat conducting members 91D to 91F preferably has a portion formed on a region overlapping the second conductor pattern 85C in the first conductor pattern 85D when viewed from the intersecting direction.
- Each of the heat conducting members 91D to 91F is formed, for example, along one side of the through hole 84C.
- the heat conducting member 91D and the heat conducting member 91E may be formed, for example, at an interval.
- the heat conducting member 91D and the heat conducting member 91F may be formed, for example, at an interval.
- the heat conducting members 91A to 91F may have an arbitrary shape, but the planar shape is rectangular, for example.
- the three heat conducting members 91A to 91C formed on the third conductor pattern 85A and the three heat conducting members 91D to 91F formed on the first conductor pattern 85D are viewed from the intersecting direction, respectively. For example, it is formed in a U-shape.
- the heat conduction member 91A formed on the third conductor pattern 85A and the heat conduction member 91D formed on the first conductor pattern 85D are, for example, It is formed so as to overlap when viewed from the intersecting direction.
- the heat conducting member 91B and the heat conducting member 91E, and the heat conducting member 91C and the heat conducting member 91F are formed so as to overlap when viewed from the intersecting direction, for example.
- the gap between the heat conduction member 91A and the heat conduction member 91B is the gap between the heat conduction member 91D and the heat conduction member 91E
- the gap between the heat conduction member 91A and the heat conduction member 91C is the heat conduction with the heat conduction member 91D. It is formed so as to overlap with the gap with the member 91F when viewed from, for example, the intersecting direction.
- the material constituting the heat conducting members 91A to 91F may be any material having a relatively high thermal conductivity.
- Cu or Cu alloy is included.
- the thickness of the heat conducting members 91A to 91F is, for example, not less than 0.5 mm and not more than 1.0 mm.
- the heat conducting members 91A to 91F are joined to the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D with a material having high thermal conductivity such as solder. Further, it is desirable that the heat conducting members 91A to 91F be joined to the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D disposed on the entire lower surface.
- a plurality of conductive pattern layers 81A, 81B, 81C, 81D are electrically connected to the multilayer substrate 8.
- Vias 81E, 81G, 81H, 81I, 81J are formed.
- the material constituting the vias 81E to 81J may be any material having conductivity, but includes, for example, Cu.
- the vias 81E to 81J may be formed, for example, by performing copper plating on through holes formed on the electrical insulating layers 82A to 82C.
- the vias 81E to 81J are formed in a distributed manner on the conductor pattern layers 81A to 81D in the direction along the first surface 8A.
- the via 81E is connected to one end of the third conductor pattern 85A, the conductor patterns 88B and 88C, and one end of the first conductor pattern 85D.
- the via 81G is formed such that the heat conducting member 91B is located between a portion connected to the via 81G and a portion connected to the via 81E in the third conductor pattern 85A.
- the via 81H is formed such that the heat conducting member 91A is located between a portion connected to the via 81H and a portion connected to the via 81G in the third conductor pattern 85A.
- the via 81I is formed such that the heat conducting member 91C is located between a portion connected to the via 81I and a portion connected to the via 81H in the third conductor pattern 85A.
- each of the vias 81G, 81H, 81I is connected to the conductor patterns 86B, 86C, 86D.
- the via 81J is connected to the conductor pattern 86A.
- the via 81J is connected to the other end of the first conductor pattern 85D.
- the multilayer substrate 8 is provided with a via 81F that electrically connects only between the conductor pattern layer 81B and the conductor pattern layer 81C.
- the via 81F may be formed in the electrical insulating layers 82A and 82C so as to reach from the conductor pattern layer 81B to the first surface 8A or from the conductor pattern layer 81C to the second surface 8D.
- the via 81F only needs to be formed so as to be separated from the conductor pattern layer 81A and the conductor pattern layer 81D by an insulating distance and not electrically connected thereto.
- the multilayer substrate 8 is formed with fixing holes 73A and 73B through which fixtures 74A and 74B for fixing the multilayer substrate 8 and the casing 71 are inserted.
- the fixing holes 73A and 73B are formed so as to reach the second surface 8D from the first surface 8A, and penetrate the conductor pattern layers 81A to 81D.
- a conductive film made of a conductive material, such as a Cu film, may be formed on the inner peripheral side surfaces of the fixing holes 73A and 73B.
- the conductive film can be formed by, for example, a plating method.
- the multilayer substrate 8 having the above configuration is connected and fixed to the casing 71 on the second surface 8D side.
- Each of the first conductor pattern 85D and the fifth conductor pattern 86D formed on the second surface 8D is connected via the housing 71 and the heat dissipation sheet 72.
- the conductor pattern 87D formed on the second surface 8D is directly connected to the housing 71.
- the material constituting the heat radiation sheet 72 is a material having electrical insulation and relatively high thermal conductivity (for example, a material having a thermal conductivity of 1.0 W / mK or more).
- the heat dissipation sheet 72 is, for example, a low hardness heat dissipation silicone rubber sheet TC-CAS-10 (thermal conductivity 1.8 W / mK) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., or a heat dissipation spacer FSL-J manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. (Thermal conductivity 1.0 W / mK) may be employed.
- FIGS. 2, 5B and 5C one end of fourth conductor pattern 85B and one end of second conductor pattern 85C are connected via via 81F.
- the other end of the fourth conductor pattern 85B is connected to the connection point 22 of the primary side drive circuit 2.
- the other end of the second conductor pattern 85C is connected to the connection point 23 of the primary side drive circuit 2.
- the 4th conductor pattern 85B and the 2nd conductor pattern 85C are connected in series with respect to the connection points 22 and 23, and comprise the primary side coil 11A.
- one end of the third conductor pattern 85A is connected to the cathode terminal of the rectifying element 31A.
- One end of the first conductor pattern 85D is connected to the cathode terminal of the rectifying element 31B via the conductor pattern 86A and the via 81J.
- the other end of the third conductor pattern 85A and the other end of the first conductor pattern 85D are connected via the via 81E and connected to the conductor pattern 88B and the conductor pattern 88C via the via 81E.
- the conductor patterns 88B and 88C are connected to the connection point 34 of the smoothing circuit 4.
- the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D are connected in parallel to the connection point 34 to constitute the secondary coil 12A and the secondary coil 12B.
- the anode terminals of the rectifying elements 31A and 31B are connected to the casing 71 having the reference potential 7 through the conductor pattern 87A, the fixing holes 73A and 73B, and the conductor pattern 87D.
- a primary circuit and a secondary circuit of the transformer 1 are formed on the conductor pattern layer 81B and the conductor pattern layer 81C.
- the fourth conductor pattern 85 ⁇ / b> B and the second conductor pattern 85 ⁇ / b> C are connected to the primary side drive circuit 2.
- the conductor patterns 86B, 87B, 88B and the conductor patterns 86C, 87C, 88C are connected to secondary circuits such as the rectifier circuit 3 and the smoothing circuit 4.
- only the secondary circuit of the transformer 1 is formed on the conductor pattern layer 81A and the conductor pattern layer 81D except for the via 81F.
- the third conductor pattern 85A, the conductor pattern 86A, the conductor pattern 87A, the first conductor pattern 85D, the fifth conductor pattern 86D, and the conductor pattern 87D are secondary circuits such as the rectifier circuit 3 and the smoothing circuit 4. Connected with.
- each conductor pattern constituting the primary circuit and each conductor pattern constituting the secondary circuit satisfy the withstand voltage (for example, 2 kV / min) required for the insulating converter 100. It is formed at a distance greater than the insulation distance to be obtained.
- the insulating distance in the conductor pattern layers 81B and 81C embedded in the electrical insulating layers 82A to 82C is shorter than the insulating distance in the conductor pattern layers 81A and 81D not embedded in the electrical insulating layer.
- the heat generated in the fourth conductor pattern 85B is transferred onto the fourth conductor pattern 85B, and the fourth conductor pattern It is transmitted from 85B to the third conductor pattern 85A and the heat conducting members 91A to 91C formed at a position overlapping the fourth conductor pattern 85B when viewed from the intersecting direction through the electric insulating layer 82A.
- the heat transferred to the third conductor pattern 85A and the heat conducting members 91A to 91C, together with the heat generated in the third conductor pattern 85A passes through the first conductor pattern 85D and the conductor patterns 86D and 87D from the vias 81E and 81G to 81J. Is transmitted to the casing 71.
- the heat transferred to the third conductor pattern 85A and the heat conductive members 91A to 91C is transferred to the conductor patterns 86B and 88B through the electrical insulating layer 82A, and the first conductor pattern 85D, via the vias 81E and 81G to 81J, It is transmitted to the housing 71 through the conductor patterns 86D and 87D.
- the heat transfer through the electrical insulating layer 82A is more effectively performed.
- the heat generated in the second conductor pattern 85C is transferred onto the second conductor pattern 85C and the second conductor pattern 85C. It is transmitted from 85C to the first conductor pattern 85D and the heat conducting members 91D to 91F formed at the position overlapping the second conductor pattern 85C when viewed from the intersecting direction via the electric insulating layer 82C.
- the heat transferred to the first conductor pattern 85D and the heat conducting members 91D to 91F is transferred to the casing 71 together with the heat generated in the first conductor pattern 85D.
- the heat transfer through the electrical insulating layer 82C is more effectively performed.
- Insulated converter 100 has a first surface 8A and a second surface 8D located on the opposite side of first surface 8A, and a first through hole 84C extending from first surface 8A to second surface 8D is formed. And a magnetic core 13 partially inserted into the first through hole 84C.
- the multilayer substrate 8 has a third conductor pattern 85A formed in a winding shape around the first through hole 84C on the first surface 8A and a winding around the first through hole 84C on the second surface 8D.
- the first conductor pattern 85D is formed in a coil shape, and is wound around the first through hole 84C between the first surface 8A and the second surface 8D, and the first surface 8A When viewed from the crossing direction, it is formed on at least one of the fourth conductor pattern 85B, the third conductor pattern 85A, and the first conductor pattern 85D formed at a position overlapping the third conductor pattern 85A. And at least one heat conducting member 91A to 91F having a portion disposed between the multilayer substrate 8 and the magnetic core 13, the third conductor pattern 85A, the first conductor pattern 85D, and the fourth conductor. Electrically insulating layer 82A which electrically insulates between the turns 85B, and a 82C (insulating heat transfer member). The third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D are electrically connected.
- the fourth conductor pattern 85B can be configured as a primary coil
- the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D can be configured as a secondary coil. Since the fourth conductor pattern 85B is formed at a position where it overlaps with the third conductor pattern 85A, the insulated converter 100 is formed such that the primary side coil and the secondary side coil are arranged on the first surface. Compared to the conventional isolated converter, the size can be reduced.
- the heat generated in the fourth conductor pattern 85B passes through the electric insulation layer 82A. This is transmitted to the three-conductor pattern 85A. Further, according to the insulating converter 100, the heat conduction members 91A to 91C are formed on the third conductor pattern 85A, so that the heat generated in the third conductor pattern 85A and the third conductor pattern 85A are transmitted. Heat can be transferred in a direction along the first surface 8A.
- the isolated converter 100 uses the third conductor pattern 85A as a heat dissipation path. By incorporating it, it can have high heat dissipation.
- a large temperature difference is formed on the coil pattern, it is necessary to form a heat transfer via that should serve as a heat dissipation path near a portion where the temperature tends to be relatively high in the coil pattern.
- the heat transfer via is formed with respect to the primary side coil and the secondary side coil that are formed so as to overlap in the intersecting direction, the heat transfer via is formed with an insulation distance from at least one of the coils. Need to be done.
- the insulated converter 100 since it can have high heat dissipation without forming the heat transfer via near the third conductor pattern 85A and the fourth conductor pattern 85B, The size can be further reduced as compared with an insulating converter that is formed so as to overlap the secondary side coils and in which a heat transfer via is formed near these coils.
- the multilayer substrate 8 is formed in a winding shape around the first through hole 84C between the first surface 8A and the second surface 8D, and when viewed from the intersecting direction.
- a second conductor pattern 85C having a portion formed at a position overlapping at least one of the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D is further included.
- the third conductor pattern 85A, the fourth conductor pattern 85B, the second conductor pattern 85C, and the first conductor pattern 85D are sequentially formed in the intersecting direction.
- the fourth conductor pattern 85B and the second conductor pattern 85C are electrically connected.
- the distance in the intersecting direction between the third conductor pattern 85A and the fourth conductor pattern 85B and the distance in the intersecting direction between the first conductor pattern 85D and the second conductor pattern 85C are the same as those in the fourth conductor pattern 85B. It is shorter than the distance in the intersecting direction with the second conductor pattern 85C. That is, the thickness of the electrical insulating layers 82A and 82C is thinner than the thickness of the electrical insulating layer 82B.
- a plurality of coil patterns can be formed between the first surface 8A and the second surface 8D of the multilayer substrate 8, for example, a primary composed of the fourth conductor pattern 85B and the second conductor pattern 85C, for example.
- the number of turns of the side coil 11A (or the secondary side coil) can be easily increased.
- the thickness of the electrical insulating layers 82A and 82C is thinner than the thickness of the electrical insulating layer 82B, heat conduction from the fourth conductor pattern 85B to the third conductor pattern 85A via the electrical insulating layer 82A, and the electrical insulating layer 82C.
- the heat conduction from the second conductor pattern 85C to the first conductor pattern 85D via can be efficiently performed.
- the electrical insulating layer 82B is formed thick, the coiled fourth conductor pattern 85B formed on the conductor pattern layer 81B and the coiled second conductor pattern formed on the conductor pattern layer 81C. It is possible to reduce the parasitic capacitor generated between 85C and 85C. Therefore, according to the isolated converter 100, it is possible to suppress vibration during the ON / OFF operation of the switching element that causes noise.
- the insulated converter 100 further includes a housing 71 connected to at least a part of the first conductor pattern 85D.
- the first conductor pattern 85D and the third conductor pattern 85A electrically connected to the first conductor pattern 85D can be incorporated into the heat dissipation path from the fourth conductor pattern 85B to the housing 71. it can.
- the isolated converter 100 has high heat dissipation because a large temperature difference is suppressed from being formed in the third conductor pattern 85A by the above-described configuration.
- the multilayer substrate 8 when viewed from the crossing direction, is at least partially overlapped with the third conductor pattern 85A, but not overlapped with the first conductor pattern 85D and the fourth conductor pattern 85B.
- a fifth conductor pattern 86D formed in a region on the second surface 8D, and formed so as to reach the second surface 8D from the first surface 8A, and a third conductor pattern 85A and a fifth conductor pattern 86D; And a via 81G for connecting the two. At least a part of the fifth conductor pattern 86D is connected to the housing 71.
- the isolated converter 100 having such a configuration has higher heat dissipation than the isolated converter 100 in which only the heat dissipation path extending from the third conductor pattern 85A to the housing 71 through the first conductor pattern 85D is formed. It has sex.
- the multilayer substrate 8 is formed between the first surface 8A and the second surface 8D, and when viewed from the intersecting direction, the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern It further includes sixth conductor patterns 86B and 86C having a portion formed at a position overlapping at least one of 85D.
- the fourth conductor pattern 85B and the sixth conductor patterns 86B and 86C are electrically insulated.
- the sixth conductor patterns 86B and 86C are connected to the casing 71.
- the third conductor pattern 85A reaches the housing 71 through the sixth conductor patterns 86B and 86C.
- a heat dissipation path can be further formed. Therefore, the isolated converter 100 having such a configuration has higher heat dissipation than the isolated converter 100 in which only the heat dissipation path extending from the third conductor pattern 85A to the housing 71 through the first conductor pattern 85D is formed. It has sex.
- the heat conducting member that can be formed on the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D of the multilayer substrate 8 is not limited to the configuration shown in FIGS.
- two heat conductive members 91G and 91H having an L shape in plan view may be formed with a space therebetween.
- one heat conducting member 91J having a U-shaped planar shape may be formed on the third conductor pattern 85A.
- the heat conducting member 91K is formed so as to overlap with the vias 81G and 81H when viewed from the intersecting direction, and is connected to the vias 81G and 81H. It may be.
- the heat conducting member 91K can be connected to the third conductor pattern 85A by, for example, reflow soldering, but at this time, by increasing the amount of solder, soldering is performed inside the vias 81G and 81H when heated by reflow. Can be filled. Thereby, since solder is filled in the copper plating formed on the inner walls of the vias 81G and 81H, the solder can be used as a heat transport path in addition to the copper plating. As a result, heat dissipation through the vias 81G and 81H can be improved.
- 7 and 8 show the heat conducting member on the third conductor pattern 85A, the heat conducting member formed on the first conductor pattern 85D can take the same configuration.
- the via 81F connecting the fourth conductor pattern 85B and the second conductor pattern 85C may be formed to reach the second surface 8D.
- the fourth conductor pattern 85B and the second conductor pattern 85C have a width of the portion connected to the via 81F (the extending direction of the fourth conductor pattern 85B and the second conductor pattern 85C).
- the length in the direction perpendicular to () may be made relatively thin compared to other portions. Even in this case, since the relatively narrow portion is connected to the via 81F, the heat dissipation is high.
- the relatively wide portion is located away from the narrow portion connected to the via 81F, but the area is relatively large, so that the electrical insulating layers 82A and 82C (see FIG. 3) are provided.
- heat can be efficiently radiated to the third conductor pattern 85A or the first conductor pattern 85D.
- the isolated converter according to the second embodiment basically has the same configuration as that of the isolated converter 100 according to the first embodiment, but on the multilayer substrate 8 constituting the secondary side circuit configuration and the secondary side circuit.
- the conductor patterns have different configurations.
- the anode terminals of the rectifying elements 31 ⁇ / b> C and 31 ⁇ / b> D constituting the rectifying circuit 3 are connected to the secondary side coils 12 ⁇ / b> A and 12 ⁇ / b> B of the transformer 1.
- the cathode terminals of the rectifying elements 31C and 31D are connected to the smoothing circuit 4 (connection point 44).
- one end of the third conductor pattern 85A is connected to the anode terminal of the rectifying element 31C.
- a fixing hole 73C is formed at the other end of the third conductor pattern 85A.
- the fixing hole 73C has the same configuration as the fixing holes 73A and 73B, is formed so as to reach the second surface 8D from the first surface 8A, and penetrates the conductor pattern layers 81A to 81D.
- a conductive film made of a conductive material, for example, a Cu film, may be formed on the inner peripheral side surface of the fixing hole 73C.
- the conductive film can be formed by, for example, a plating method.
- the other end of the third conductor pattern 85A is connected to the first conductor pattern 85D and the housing 71 through the fixing hole 73C.
- the anode terminal of the rectifying element 31D is connected to a conductor pattern 86 that is formed at an insulating distance from the third conductor pattern 85A.
- the cathode terminals of the rectifying elements 31C and 31D are connected to a conductor pattern 89A formed on the conductor pattern layer 81A with an insulation distance from the third conductor pattern 85A.
- the conductor pattern 89 ⁇ / b> A forms a connection point 44.
- Each of the conductor pattern layers 81B, 81C, and 81D is formed with conductor patterns 89B, 89C, and 89D that are formed at an insulating distance from the fourth conductor pattern 85B, the second conductor pattern 85C, and the first conductor pattern 85D. Yes.
- the conductor patterns 89A to 89D are connected via the via 81K, and further connected to the casing 71 via the heat dissipation sheet 72.
- heat conductive members 91L, 91M, and 91N are formed on the third conductor pattern 85A.
- Thermal conductive members 91P, 91Q, and 91R are formed on the first conductor pattern 85D.
- Each of the heat conducting members 91L to 91R basically has the same configuration as the heat conducting members 91A to 91F, but the gap between the heat conducting members formed on the third conductor pattern 85A is the first conductor pattern. It is different in that it is formed so as to overlap with the heat conducting member formed on 85D.
- the gap between the heat conducting member 91L and the heat conducting member 91M is formed to overlap the heat conducting member 91Q when viewed from the intersecting direction.
- the gap between the heat conductive member 91L and the heat conductive member 91N is formed to overlap the heat conductive member 91P when viewed from the intersecting direction.
- the gap between the heat conducting member 91P and the heat conducting member 91Q is formed to overlap the heat conducting member 91L, and the heat conducting member 91P and the heat conducting member 91R Is formed so as to overlap the heat conducting member 91N.
- the heat dissipation path of the isolated converter according to the second embodiment is basically the same as the heat dissipation path of the isolated converter 100 according to the first embodiment. That is, since the fourth conductor pattern 85B is formed at a position overlapping the third conductor pattern 85A, the heat generated in the fourth conductor pattern 85B can be transferred to the third conductor pattern 85A via the electrical insulating layer 82A. . Further, since the heat conductive members 91L to 91N are formed on the third conductor pattern 85A, the heat generated in the third conductor pattern 85A and the heat transmitted to the third conductor pattern 85A are along the first surface 8A. Can tell in the direction.
- the isolated converter according to the second embodiment can achieve the same effects as those of the isolated converter 100 according to the first embodiment.
- the multilayer substrate 8 is warped starting from the gap.
- the multilayer substrate 8 may be damaged depending on the amount of warpage.
- warpage occurs in the multilayer substrate 8, depending on the warpage amount, it is necessary to increase the thickness of the heat radiation sheet 72 connecting the multilayer substrate 8 and the housing 71 by the warpage amount of the multilayer substrate 8.
- the insulating converter according to the second embodiment is formed such that the gap between the heat conducting member 91L and the heat conducting member 91M overlaps with the heat conducting member 91Q when viewed from the above-mentioned intersecting direction. Therefore, the warp of the multilayer substrate 8 starting from the gap between the heat conducting member 91L and the heat conducting member 91M can be suppressed by the heat conducting member 91Q. As a result, the insulating converter according to the second embodiment has a high heat dissipation property similar to that of the insulating converter 100 according to the first embodiment, but the thickness of the multilayer substrate 8 is thinner than that of the insulating converter 100. You can also
- one end of the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D is at the same potential as the casing 71, and therefore directly with the casing 71 via the fixing hole 73C. It is connected. Therefore, according to the insulating converter according to the second embodiment, the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D are interposed as compared with the insulating converter 100 connected to the housing 71 via the heat dissipation sheet 72. The heat dissipation of the heat dissipation path is improved.
- Embodiment 3 an isolated converter according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
- the isolated converter according to the third embodiment basically has the same configuration as that of the isolated converter 100 according to the first embodiment. However, the primary and secondary circuit configurations and the multilayer substrate 8 constituting each circuit are provided. The configuration of the upper conductor pattern is different.
- the primary side coils 11B and 11C of the transformer 1 have the first conductor formed in the third conductor pattern 85E and the conductor pattern layer 81D formed in the conductor pattern layer 81A.
- the pattern 85H is used.
- the secondary coil 12C of the transformer 1 includes a fourth conductor pattern 85F formed on the conductor pattern layer 81B and a second conductor pattern 85G formed on the conductor pattern layer 81C.
- the third conductor pattern 85E, the first conductor pattern 85H, the fourth conductor pattern 85F, and the second conductor pattern 85G are formed in a winding shape so as to surround the fixing hole 74C.
- the primary side drive circuit 2 includes switching elements 21E and 21F.
- Each drain terminal of the switching elements 21E and 21F is connected to one end of the primary side coils 11B and 11C of the transformer 1.
- the source terminals of the switching elements 21E and 21F are connected to the negative side (reference potential 7) of the DC power source that is the input voltage Vin.
- the connection point 27 of the primary side coils 11B and 11C of the transformer 1 is connected to the plus side of the DC power supply.
- the rectifier circuit 3 includes rectifier elements 31E and 31F and rectifier elements 31G and 31H connected in series.
- the secondary coil 12C of the transformer 1 is connected between a connection point 35 between the rectifying element 31E and the rectifying element 31F and a connection point 36 between the rectifying element 31G and the rectifying element 31H.
- the cathode terminals of the rectifying elements 31E and 31G are connected to the smoothing coil.
- the anode terminals of the rectifying elements 31E and 31G are connected to the negative side of the smoothing capacitor 41.
- the conductor pattern layer 81A formed on the first surface 8A of the multilayer substrate 8 includes a third conductor pattern 85E constituting the primary coil 11C,
- the conductor pattern 90A is formed so as to be adjacent to the corner portion of the third conductor pattern 85E with an insulation distance.
- 90 A of conductor patterns are connected with the housing
- the conductor pattern layer 81A includes the conductor pattern 90A connected to the housing 71, is formed with an insulation distance from the conductor pattern 90A, and has the largest possible area.
- the third conductor pattern 85E is provided.
- the conductor pattern layer 81D formed on the second surface 8D of the multilayer substrate 8 has a first conductor pattern 85H constituting the primary side coil 11B.
- the conductor pattern layers 81B and 81C formed between the first surface 8A and the second surface 8D have a fourth conductor pattern 85F and a second conductor pattern 85G that respectively constitute the secondary coil 11C. .
- the multilayer substrate 8 has fixing holes 73D, 73E, 73F, and 73G.
- the fixing holes 73D to 73G have basically the same configuration as the fixing holes 73A and 73B.
- the fixing holes 73D to 73G are connected to the conductor patterns formed on the conductor pattern layers 81A to 81D and are connected to the housing 71.
- the fixing holes 73D and 73E are formed so as to be adjacent to the corner portion of the third conductor pattern 85E with an insulation distance and to be adjacent to the fourth conductor pattern 85F with an insulation distance.
- the conductor patterns 90B and 90C are formed between the first surface 8A and the second surface 8D, and when viewed from the intersecting direction, at least one of the third conductor pattern 85E and the first conductor pattern 85H. It is formed as a sixth conductor pattern having a portion formed at an overlapping position.
- One end of the third conductor pattern 85E is connected to the drain terminal of the switching element 21F and to the via 81L.
- the other end of the third conductor pattern 85E is connected to the via 81L and the connection point 27.
- the source terminals of the switching elements 21E and 21F are connected to the casing 71 (reference potential 7) through, for example, fixing holes 73F and 73G.
- One end of the first conductor pattern 85H is connected to the drain terminal of the switching element 21E through the via 81N.
- the other end of the first conductor pattern 85H is connected to the via 81L and the connection point 27.
- One end of the fourth conductor pattern 85F is connected to the connection point 35 of the rectifier circuit 3.
- One end of the second conductor pattern 85G is connected to the connection point 36 of the rectifier circuit 3.
- the other end of the fourth conductor pattern 85F is connected to the other end of the second conductor pattern 85G through the via 81F.
- heat conductive members 91S, 91T, and 91U are formed on the third conductor pattern 85E.
- Thermally conductive members 91V, 91W, 91X are formed on the first conductor pattern 85H.
- the heat conducting members 91S to 91X have basically the same configuration as the heat conducting members 91A to 91F.
- the heat conducting members 91T, 91U, 91W, 91X are formed on the third conductor pattern 85E or the first conductor pattern 85H on a portion adjacent to the conductor pattern 90A with an insulation distance.
- the heat conducting members 91T, 91U, 91W, 91X have a convex shape in plan view.
- the plurality of conductor patterns 86B formed at an insulating distance from the fourth conductor pattern 85F are connected to the fixing holes 73D and 73E and the vias 81L, 81M, and 81N, respectively.
- a plurality of conductor patterns 86C formed at a distance from the second conductor pattern 85G are connected to fixing holes 73D and 73E and vias 81L, 81M and 81N, respectively.
- the conductor patterns 86B and 86C connected to the fixing holes 73D and 73E are formed to overlap the third conductor pattern 85E and the first conductor pattern 85H when viewed from the intersecting direction.
- the heat dissipation path of the isolated converter according to the third embodiment is basically the same as the heat dissipation path of the isolated converter 100 according to the first embodiment.
- the heat generated in the fourth conductor pattern 85F is transferred to the third conductor pattern 85E through the electrical insulating layer 82A, spreads to the heat conducting members 91S to 91U together with the heat generated in the third conductor pattern 85E, and then the vias 81L to It is transmitted to the casing 71 through 81N and the heat radiation sheet 72.
- the heat generated in the third conductor pattern 85E and the heat transferred from the fourth conductor pattern 85F to the third conductor pattern 85E spread to the heat conductive members 91S to 91U, and then the conductor pattern via the electrical insulating layer 82A. 86B and is transmitted to the housing 71 via the fixing holes 73D and 73E and the fixtures 74D and 74E (for example, screws).
- the heat generated in the second conductor pattern 85G is transferred to the first conductor pattern 85H through the electrical insulating layer 82C and spreads to the heat conducting members 91V to 91X together with the heat generated in the first conductor pattern 85H. This is transmitted to the casing 71 via the heat dissipation sheet 72.
- the heat generated in the second conductor pattern 85G is transmitted to the conductor pattern 86D through the electric insulating layer 82C, and is transmitted to the casing 71 through the fixing holes 73C and 73D.
- the heat generated in the fourth conductor pattern 85F can be transferred to the third conductor pattern 85E via the electrical insulating layer 82A.
- the heat conductive members 91S to 91U are formed on the third conductor pattern 85E, the heat generated in the third conductor pattern 85E and the heat transferred to the third conductor pattern 85E are along the first surface 8A. Can tell in the direction.
- the isolated converter according to the third embodiment can achieve the same effects as those of the isolated converter 100 according to the first embodiment.
- casing 71 via the fixing holes 73D and 73E is comprised as a primary side coil or a secondary side coil.
- the third conductor pattern 85E and the second conductor pattern 85G are formed at the corners or near the first conductor pattern 85H and the fourth conductor pattern 85F.
- the heat dissipation performance of the heat dissipation path via the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D is enhanced as compared with the isolated converter 100.
- the number of turns of the primary side coil and the secondary side coil may be any number depending on the step-up ratio or the step-down ratio.
- the transformer 1 Is a step-down ratio of 6: 1.
- the primary coil 11A is configured by the fourth conductor pattern 85B and the second conductor pattern 85C, but is not limited thereto. As shown in FIG. 16, the primary coil 11A may be configured only by the second conductor pattern 85C.
- a seventh conductor pattern 92B is formed instead of the fourth conductor pattern 85B.
- the seventh conductor pattern 92B is formed at a position overlapping the third conductor pattern 85A, the second conductor pattern 85C, and the first conductor pattern 85D.
- One end of the seventh conductor pattern 92B is connected to one end of the second conductor pattern 85C through the via 81F.
- the other end of the seventh conductor pattern 92B is connected to the connection point 22 of the primary side drive circuit 2.
- each sixth conductor pattern 86B is widely formed in a region where the seventh conductor pattern 92B and the conductor patterns 87B and 88B are not formed on the conductor pattern layer 81B. Also good.
- the total area of the sixth conductor patterns 86B in the conductor pattern 81B layer in the fourth embodiment is, for example, compared with the total area of the sixth conductor patterns 86B in the conductor pattern 81B layer in the first to third embodiments. It can be big.
- Each of the plurality of sixth conductor patterns 86B, the seventh conductor pattern 92B, and the conductor patterns 87B and 88B is formed with an insulation distance therebetween. Since current is prevented from flowing between the through hole 84C and the through hole 84A and between the through hole 84C and the through hole 84B, the transformer can operate normally in the isolated converter.
- the second conductor pattern 85C is configured as a primary coil
- the third conductor pattern 85A and the first conductor pattern 85D are configured as a secondary coil. Therefore, the isolated converter according to the fourth embodiment can be reduced in size as compared with the conventional isolated converter in which the primary side coil and the secondary side coil are formed side by side on the first surface.
- the isolated converter according to the fourth embodiment can achieve the same effects as those of the isolated converter 100 according to the first embodiment.
- Embodiment 5 FIG. Next, with reference to FIG. 17 and FIG. 18, an isolated converter according to the fifth embodiment will be described.
- the isolated converter according to the fifth embodiment basically has the same configuration as that of the isolated converter 100 according to the first embodiment, but the circuit configuration on the primary side and the secondary side and the multilayer substrate 8 constituting each circuit. The configuration of the upper conductor pattern is different.
- the primary coil 11D of the transformer 1 is configured by the second conductor pattern 85C formed on the conductor pattern layer 81C.
- the secondary coil 12D of the transformer 1 is configured by a first conductor pattern 85D formed on the conductor pattern layer 81D.
- Each of the first conductor pattern 85D and the second conductor pattern 85C is formed in a winding shape so as to surround the through hole 84C.
- the primary side drive circuit 2 includes a switching element 21A and a switching element 21B connected in series, and a switching element 21C and a switching element 21D.
- a primary coil 11D of the transformer 1 is connected between a connection point 22 between the switching element 21A and the switching element 21B and a connection point 23 between the switching element 21C and the switching element 21D.
- the switching element 21A, the switching elements 21B, 21C, and 21D are, for example, MOSFETs.
- the drain terminals of the switching elements 21A and 21C are connected to the positive side of the DC power source 6.
- Each source terminal of the switching elements 21 ⁇ / b> B and 21 ⁇ / b> D is connected to the negative side of the DC power supply 6.
- the rectifier circuit 3 includes rectifier elements 31E and 31F and rectifier elements 31G and 31H connected in series.
- the secondary coil 12D of the transformer 1 is connected between a connection point 35 between the rectifying element 31E and the rectifying element 31F and a connection point 36 between the rectifying element 31G and the rectifying element 31H.
- the cathode terminals of the rectifying elements 31E and 31G are connected to the smoothing coil.
- the anode terminals of the rectifying elements 31E and 31G are connected to the negative side of the smoothing capacitor 41.
- the conductor pattern layer 81D formed on the second surface 8D of the multilayer substrate 8 has a first conductor pattern 85D constituting the secondary coil 12D.
- a first conductor pattern 85D is provided.
- the conductor pattern layer 81C formed between the first surface 8A and the second surface 8D has a second conductor pattern 85C constituting the primary coil 11D.
- the conductor pattern layer 81B formed between the first surface 8A and the second surface 8D has a seventh conductor pattern 92B.
- the conductor pattern layer 81A formed on the first surface 8A has conductor patterns 93A and 94A.
- One end of the first conductor pattern 85D is connected to the conductor pattern 93A of the conductor pattern layer 81A through the via 81E, and is connected to the connection point 35 of the rectifier circuit 3 in the conductor pattern 93A.
- the other end of the first conductor pattern 85D is connected to the conductor pattern 94A of the conductor pattern layer 81A through the via 81J, and is connected to the connection point 36 of the rectifier circuit 3 in the conductor pattern 94A.
- One end of the second conductor pattern 85C is connected to the seventh conductor pattern 92B of the conductor pattern layer 81B through the via 81F, and is connected to the connection point 22 between the switching element 21A and the switching element 21B in the seventh conductor pattern 92B. Yes.
- the other end of the second conductor pattern 85C is connected to a connection point 23 between the switching element 21C and the switching element 21D.
- the switching elements 21A to 21D, the rectifying elements 31E to 31H, and the control circuit 5 can be arranged in portions where the conductor patterns of the conductor pattern layer 81A and the conductor pattern layer 81B and the vias 81F are not shown. Therefore, in the fourth embodiment, the circuits and components arranged around the transformer in the first to third embodiments can be arranged so as to overlap the first conductor pattern 85D and the second conductor pattern 85C constituting the transformer. As a result, the isolated converter according to the fourth embodiment can be reduced in size as compared with the isolated converter according to the first to third embodiments.
- the conductor pattern which connects between the through-hole 84C and the through-hole 84A, and between the through-hole 84 and the through-hole 84B is not arrange
- being formed so as to surround the first through hole 84C is not limited to the case where it is formed so as to surround the entire periphery (360 degrees) of the through hole 84C. What is necessary is just to be arrange
- the phrase “formed so as to surround the first through hole 84C” may be formed so as to surround 3/4 around the through hole 84C, for example.
- the heat conducting members 91A, 91B, 91C may be formed in a U shape so as to be along, for example, the three sides of the through hole 84C having a rectangular planar shape.
- the magnetic core of the transformer 1 may be arbitrarily configured as long as a circulating magnetic path is formed.
- the cross-sectional area perpendicular to the extending direction of the middle foot 13C (the direction intersecting the first surface 8A of the multilayer substrate 8) is 2 of the cross-sectional area perpendicular to the direction of the outer feet 13A and 13B. It is preferable that it is more than twice.
- the magnetic core of the transformer 1 may be constituted by, for example, two E-type cores, or an EER-type core whose side shape is E-shaped and the cross-sectional shape of the middle leg is circular. Also good.
- the magnetic core of the transformer 1 may be provided so that only one magnetic path can be formed.
- the magnetic body core may be configured by a U-shaped core and an I-shaped core whose side shape is U-shaped, or may be configured by two U-shaped cores.
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Abstract
従来の絶縁型コンバータと比べて小型化されており、かつ高い放熱性を有している絶縁型コンバータを提供する。第1貫通孔(84C)が形成されている多層基板(8)と、一部が第1貫通孔に挿通された磁性体コア(13)とを備える。上記多層基板は、第1面(8A)と交差する方向から視たときに、第2面(8B)上において磁性体コアと重なる位置に形成されている第1導体パターン(85D)と、第1面と第2面との間において、第1面と交差する方向から視たときに、磁性体コアおよび第1導体パターンと重なる位置に形成されている第2導体パターン(85C)と、第1導体パターン上に形成されており、かつ、多層基板と磁性体コアとの間に配置されている部分を有する少なくとも1つの熱伝導部材(91A~91F)と、第1導体パターンと第2導体パターンとの間を電気的に絶縁している電気絶縁層(82A,82C)とを含む。
Description
本発明は、絶縁型コンバータに関し、特に多層基板上に形成されたパターンによってコイルが形成されているトランスを含む絶縁型コンバータに関する。
従来、多層基板上に形成された1次側コイルおよび2次側を備える絶縁型コンバータが知られている。従来の絶縁型コンバータにおいて、1次側コイルおよび2次側コイルは、多層基板の表層および内層上において互いに絶縁距離を隔てて形成された巻線状のパターンにより構成されている。
また、従来、多層基板上に形成されたチョークコイルを備える磁気デバイスが知られている。特開2014-199908号公報(特許文献1)には、多層基板の外面層および内層上に形成された複数のコイルパターンによりコイルが形成された、磁気デバイスが開示されている。上記特許文献1に記載の磁気デバイスでは、内層のコイルパターンと導通されている放熱ピンと電気的に絶縁されている放熱ピンとが形成されており、各放熱ピンは外面層上において放熱器と接続されている。
しかしながら、従来の絶縁型コンバータでは、1次側コイルと冷却器との間を接続する熱伝導ビアと2次側コイルと冷却器との間を接続する熱伝導ビアとの間も、所定の絶縁距離が確保されている必要がある。このように絶縁距離を確保するためには、例えばコイルパターンから十分に離れた場所に熱伝導ビアを形成することが考えられる。しかし、この場合には、絶縁型コンバータのサイズが大きくなる。また、発熱箇所と熱伝導ビアとの距離が長くなるため、当該発熱箇所を十分に放熱することが困難となる。
また、コイルパターンと熱伝導ビアとの絶縁距離を確保するために、例えばコイルパターンの寸法(例えば幅)を小さくすると、コイルパターンにおける発熱量が増加する。上記特許文献1に記載の磁気デバイスでは、発熱箇所と放熱ピンとの間の距離が長くなる場合には熱が放熱ピンを介して十分に放熱され得ない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、従来の絶縁型コンバータと比べて小型化されており、かつ高い放熱性を有している絶縁型コンバータを提供することにある。
本発明に係る絶縁型コンバータは、第1面および第1面と反対側に位置する第2面とを有し、第1面から第2面にまで達する第1貫通孔が形成されている基板と、一部が第1貫通孔に挿通された磁性体コアとを備える。上記基板は、第1面と交差する方向から視たときに、第2面上において磁性体コアと重なる位置に形成されている第1導体パターンと、第1面と第2面との間において、第1面と交差する方向から視たときに、磁性体コアおよび第1導体パターンと重なる位置に形成されている第2導体パターンと、第1導体パターン上に形成されており、かつ、基板と磁性体コアとの間に配置されている部分を有する少なくとも1つの熱伝導部材と、第1導体パターンと第2導体パターンとの間を電気的に絶縁している絶縁伝熱部材とを含む。
本発明によれば、従来の絶縁型コンバータと比べて小型化されており、かつ高い放熱性を有している絶縁型コンバータを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
実施の形態1.
<絶縁型コンバータの構成>
図1~図3を参照して、実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100の構成を説明する。絶縁型コンバータ100は、トランス1と、一次側駆動回路2と、整流回路3と、平滑回路4とを備える。トランス1、一次側駆動回路2、整流回路3および平滑回路4は、多層基板8上に実装されている。
<絶縁型コンバータの構成>
図1~図3を参照して、実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100の構成を説明する。絶縁型コンバータ100は、トランス1と、一次側駆動回路2と、整流回路3と、平滑回路4とを備える。トランス1、一次側駆動回路2、整流回路3および平滑回路4は、多層基板8上に実装されている。
トランス1は、多層基板8に形成された導体パターンにより構成される1次側コイル11A(図4参照)および2次側コイル12A,12Bと、磁性体コア13,14(図2参照)とを含む。トランス1の詳細な構成については、後述する。一次側駆動回路2は、多層基板8に実装された複数のスイッチング素子21A,21B,21C,21Dを含む。整流回路3は、多層基板8に実装された複数の整流素子31A,31B(図4参照)を含む。平滑回路4は、平滑コンデンサ41と、多層基板8に形成された導体パターンにより構成される平滑コイル42と、磁性体コア43とを含む。多層基板8は、第1面8Aおよび第1面8Aと反対側に位置する第2面8Dとを有している。多層基板8の第2面8Dは筐体71(冷却器)に接続され、固定されている。
図4に示されるように、一次側駆動回路2は、直列に接続されているスイッチング素子21Aおよびスイッチング素子21Bと、スイッチング素子21Cおよびスイッチング素子21Dとで構成されている。スイッチング素子21Aとスイッチング素子21Bとの接続点22と、スイッチング素子21Cとスイッチング素子21Dとの接続点23との間に、トランス1の1次側コイル11Aが接続されている。スイッチング素子21A,スイッチング素子21B,21C,21Dは、例えばMOSFETである。スイッチング素子21A,21Cの各ドレイン端子は、直流電源6のプラス側に接続されている。スイッチング素子21B,21Dの各ソース端子は、直流電源6のマイナス側に接続されている。
整流回路3において、整流素子31A,31Bのカソード端子はトランス1の2次側コイル12A,12Bと接続されている。整流素子31A,31Bのアノード端子は、絶縁型コンバータ100の2次側の基準電位7と接続されている。2次側コイル12A,12Bの接続点34は、平滑回路4の平滑コイル42に接続されている。平滑コイル42と平滑コンデンサ41とは、直列に接続されている。平滑回路4の平滑コンデンサ41の電圧Voが、絶縁型コンバータ100の出力電圧(2次側の電圧)Voとなる。
一次側駆動回路2および平滑回路4は、制御回路5と接続されている。制御回路5は、平滑コンデンサ41の電圧Voが所定の値となるように、一次側駆動回路2のスイッチング素子21A,21B,21C,21Dのオンオフ動作を制御する。
<トランスの構成>
次に、図2~図6を参照して、トランス1の具体的な構成を説明する。トランス1の磁性体コア13,14は、例えば側面形状がE字状のいわゆるE型コア13と、側面形状がI字状であるいわゆるI型コア14とで構成されている。E型コア13は、外足13A,13Bおよび中足13Cを有している。多層基板8上においてトランス1が構成されている領域には、第1面8Aから第2面8Dに達する貫通孔84A,84B,84Cが形成されている。貫通孔84A,84B,84Cの各々には、E型コア13の外足13A,13B、中足13Cを挿通されている。E型コア13の外足13A,13B、中足13Cを連結している連結部は、例えば多層基板8の第1面8A上に配置されている。I型コア14は、例えば多層基板8の第2面8D上に配置され、E型コア13の外足13A,13B、中足13Cと接続されている。これにより、磁性体コア13,14には、外足13Aおよび中足13Cを通る磁路と、外足13Bおよび中足13Cを通る磁路が形成される。
次に、図2~図6を参照して、トランス1の具体的な構成を説明する。トランス1の磁性体コア13,14は、例えば側面形状がE字状のいわゆるE型コア13と、側面形状がI字状であるいわゆるI型コア14とで構成されている。E型コア13は、外足13A,13Bおよび中足13Cを有している。多層基板8上においてトランス1が構成されている領域には、第1面8Aから第2面8Dに達する貫通孔84A,84B,84Cが形成されている。貫通孔84A,84B,84Cの各々には、E型コア13の外足13A,13B、中足13Cを挿通されている。E型コア13の外足13A,13B、中足13Cを連結している連結部は、例えば多層基板8の第1面8A上に配置されている。I型コア14は、例えば多層基板8の第2面8D上に配置され、E型コア13の外足13A,13B、中足13Cと接続されている。これにより、磁性体コア13,14には、外足13Aおよび中足13Cを通る磁路と、外足13Bおよび中足13Cを通る磁路が形成される。
図3に示されるように、多層基板8は、例えば4層の導体パターン層81A,81B,81C,81Dと、3層の電気絶縁層82A,82B,82Cとが、第1面8Aと交差する方向(以下、単に交差する方向という)において交互に積層された積層体として構成されている。導体パターン層81Aは第1面8A上に形成されている。導体パターン層81Dは第2面8D上に形成されている。導体パターン層81Bは、第1面8Aと第2面8Dとの間に形成されており、電気絶縁層82Aを挟んで導体パターン層81Aと積層されている。導体パターン層81Cは、第1面8Aと第2面8Dとの間に形成されており、電気絶縁層82Cを挟んで導体パターン層81Bと積層されている。導体パターン層81Bは、電気絶縁層82Bを挟んで導体パターン層81Cと積層されている。言い換えると、導体パターン層81A、電気絶縁層82A、導体パターン層81B、電気絶縁層82B、導体パターン層81C、電気絶縁層82C、導体パターン層81Dは、順に積層されている。
導体パターン層81A、81B、81C,81Dを構成する材料は、導電性を有する任意の材料であればよいが、例えば銅(Cu)を含む。電気絶縁層82A,82B,82Cを構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料であればよいが、熱伝導性が比較的高い材料であるのが好ましい。つまり、電気絶縁層82A~82Cは、電気的絶縁性を有するとともに、熱伝導率が高い部材(絶縁伝熱部材)として構成されている。
導体パターン層81A~81Dの厚みは、例えば35μm以上105μm以下である。電気絶縁層82A,82Cの上記交差する方向における厚みは、電気絶縁層82Bの厚みよりも薄く、例えば0.1mm以上0.3mm以下である。電気絶縁層82Bの厚みは、例えば0.6mm以上1.0mm以下である。電気絶縁層82Aは、導体パターン層81Aと導体パターン層81Bとの間を電気的に絶縁するとともに熱的に接続している。電気絶縁層82Bは、導体パターン層81Bと導体パターン層81Cとの間を電気的に絶縁するとともに熱的に接続している。電気絶縁層82Cは、導体パターン層81Cと導体パターン層81Dとの間を電気的に絶縁するとともに熱的に接続している。
図5に示されるように、導体パターン層81A、81B、81C,81Dの各々は、1次側コイル11Aまたは2次側コイル12A,12Bを構成している導体パターンと、当該導体パターンの周囲に形成されている他の導体パターンとを有している。導体パターン層81A、81B、81C,81Dの各導体パターンがビア81E~81Jを介して電気的に接続されていることにより、多層基板8上に図2に示される電気回路が形成されている(詳細は後述する)。
図5(A)に示されるように、導体パターン層81Aは、2次側コイル12Aを構成する第3導体パターン85Aと、当該第3導体パターン85Aの周囲に形成された導体パターン86A,87Aとを有している。第3導体パターン85Aは、貫通孔84Cを囲むように巻線状に形成されている。第3導体パターン85Aは、貫通孔84Cと貫通孔84Aとの間に形成されている部分と、貫通孔84Cと貫通孔84Bとの間に形成されている部分とを有している。導体パターン86A,87Aは、第3導体パターン85Aと間隔を隔てて形成されている。
図5(B)に示されるように、導体パターン層81Bは、1次側コイル11Aを構成する第4導体パターン85Bと、当該第4導体パターン85Bの周囲に形成された導体パターン86B(第6導体パターン)および導体パターン87Bとを有している。第4導体パターン85Bは、貫通孔84Cを囲むように巻線状に形成されている。導体パターン86B,87B,88Bは、第4導体パターン85Bと後述する絶縁距離を隔てて形成されている。
図5(C)に示されるように、導体パターン層81Cは、1次側コイル11Aを構成する第2導体パターン85Cと、当該第2導体パターン85Cの周囲に形成された導体パターン86C(第6導体パターン)および導体パターン87Cとを有している。第2導体パターン85Cは、貫通孔84Cを囲むように巻線状に形成されている。導体パターン86C,87C,88Cは、第2導体パターン85Cと後述する絶縁距離を隔てて形成されている。
図5(D)に示されるように、導体パターン層81Dは、2次側コイル12Bを構成する第1導体パターン85Dと、当該第1導体パターン85Dの周囲に形成された導体パターン86D(第5導体パターン)および導体パターン87Dとを有している。第1導体パターン85Dは、貫通孔84Cを囲むように巻線状に形成されている。第1導体パターン85Dは、貫通孔84Cと貫通孔84Aとの間に形成されている部分と、貫通孔84Cと貫通孔84Bとの間に形成されている部分とを有している。導体パターン86D,87Dは、第1導体パターン85Dと間隔を隔てて形成されている。
図5(A)~(D)に示されるように、第4導体パターン85Bは、上記交差する方向から視たときに(第1面8Aを平面視したときに)、E型コアの連結部と重なる位置の大部分(例えば面積率80%以上、好ましくは90%以上)が導体パターン層81A、例えば第3導体パターン85Aと重なるように形成されている。第2導体パターン85Cは、第1面8Aに交差する方向から視たときに(第1面8Aを平面視したときに)、E型コアの連結部と重なる位置の大部分(例えば面積率80%以上、好ましくは90%以上)が導体パターン層81D、例えば第1導体パターン85Dと重なるように形成されている。
図5(A)に示されるように、第3導体パターン85A上には、熱伝導部材91A,91B,91Cが形成されている。熱伝導部材91B,91Cの各々は、磁性体コア13と多層基板8との間に位置するように形成されている。熱伝導部材91A,91B,91Cの各々は、貫通孔84Cを囲むように形成されている。熱伝導部材91A,91B,91Cの各々は、上記交差する方向から視たときに第3導体パターン85Aにおいて第4導体パターン85Bと重なる領域上に形成されている部分を有しているのが好ましい。熱伝導部材91A,91B,91Cの各々は、例えば貫通孔84Cの一辺に沿うように形成されている。熱伝導部材91Aと熱伝導部材91Bとは、例えば間隔(空隙部)を隔てて形成されていてもよい。熱伝導部材91Aと熱伝導部材91Cとは、例えば間隔を隔てて形成されていてもよい。
図5(D)に示されるように、第1導体パターン85D上には、熱伝導部材91D,91E,91Fが形成されている。熱伝導部材91E,91Fの各々は、磁性体コア14と多層基板8との間に位置するように形成されている。熱伝導部材91D~91Fの各々は、貫通孔84Cを囲むように形成されている。熱伝導部材91D~91Fの各々は、上記交差する方向から視たときに第1導体パターン85Dにおいて第2導体パターン85Cと重なる領域上に形成されている部分を有しているのが好ましい。熱伝導部材91D~91Fの各々は、例えば貫通孔84Cの一辺に沿うように形成されている。熱伝導部材91Dと熱伝導部材91Eとは、例えば間隔を隔てて形成されていてもよい。熱伝導部材91Dと熱伝導部材91Fとは、例えば間隔を隔てて形成されていてもよい。熱伝導部材91A~91Fは、任意の形状を有していればよいが、例えば平面形状が長方形である。第3導体パターン85A上に形成された3つの熱伝導部材91A~91Cと、第1導体パターン85D上に形成された3つの熱伝導部材91D~91Fは、それぞれ上記交差する方向から視たときに、例えばコ字状に形成されている。
図5(A)および(D)に示されるように、第3導体パターン85A上に形成されている熱伝導部材91Aと第1導体パターン85D上に形成されている熱伝導部材91Dとは、例えば上記交差する方向から視たときに重なるように形成されている。同様に、熱伝導部材91Bおよび熱伝導部材91Eと、熱伝導部材91Cおよび熱伝導部材91Fとは、例えば上記交差する方向から視たときに重なるように形成されている。熱伝導部材91Aと熱伝導部材91Bとの空隙部は熱伝導部材91Dと熱伝導部材91Eとの空隙部と、熱伝導部材91Aと熱伝導部材91Cとの空隙部は熱伝導部材91Dと熱伝導部材91Fとの空隙部と、例えば上記交差する方向から視たときに重なるように形成されている。
熱伝導部材91A~91Fを構成する材料は、比較的高い熱伝導性を有する任意の材料であればよいが、例えば導体パターン層81A~81Dを構成する材料と同等以上の熱伝導率を有する材料を含み、例えばCuまたはCu合金を含む。熱伝導部材91A~91Fの厚みは、例えば0.5mm以上1.0mm以下である。熱伝導部材91A~91Fは、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85D上に、例えば半田などの高い熱伝導性を有する材料で接合されている。また、熱伝導部材91A~91Fは、下部全面に配置される第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dと全面で接合されるのが望ましい。
図5(A)~(D)、図6(A)および(B)に示されるように、多層基板8には、各導体パターン層81A,81B,81C,81Dを電気的に接続する複数のビア81E,81G,81H,81I,81Jが形成されている。ビア81E~81Jを構成する材料は、導電性を有する任意の材料であればよいが、例えばCuを含む。ビア81E~81Jは、例えば電気絶縁層82A~82C上に形成された貫通孔に対して銅めっきが施されることにより、形成されていてもよい。ビア81E~ビア81Jは、第1面8Aに沿った方向において、各導体パターン層81A~81D上に分散的に形成されている。
ビア81Eは、第3導体パターン85Aの一端、導体パターン88B,88C、および第1導体パターン85Dの一端と接続されている。ビア81Gは、第3導体パターン85Aにおいてビア81Gと接続されている部分とビア81Eと接続されている部分との間に熱伝導部材91Bが位置するように形成されている。ビア81Hは、第3導体パターン85Aにおいてビア81Hと接続されている部分とビア81Gと接続されている部分との間に熱伝導部材91Aが位置するように形成されている。ビア81Iは、第3導体パターン85Aにおいてビア81Iと接続されている部分とビア81Hと接続されている部分との間に熱伝導部材91Cが位置するように形成されている。さらに、ビア81G,81H,81Iの各々は、導体パターン86B,86C,86Dと接続されている。ビア81Jは、導体パターン86Aと接続されている。ビア81Jは、第1導体パターン85Dの他端と接続されている。
さらに多層基板8には、導体パターン層81Bと導体パターン層81Cとの間のみを電気的に接続するビア81Fが形成されている。なお、ビア81Fは、導体パターン層81Bから第1面8Aまで、または導体パターン層81Cから第2面8Dまで達するように、電気絶縁層82Aおよび82C内に形成されていてもよい。この場合、ビア81Fは、導体パターン層81Aおよび導体パターン層81Dと絶縁距離を隔てて形成され、これらと電気的に接続されないように形成されていればよい。
図6(C)および(D)に示されるように、多層基板8には、多層基板8と筐体71とを固定するための固定具74A,74Bを挿通される固定穴73A,73Bが形成されている。固定穴73A,73Bは、第1面8Aから第2面8Dに達するように形成されており、各導体パターン層81A~81Dを貫通している。固定穴73A,73Bの内周側面上には、導電性を有する材料からなる導電膜、例えばCu膜が形成されていてもよい。当該導電膜は、例えばメッキ法により成膜され得る。
上記のような構成を示す多層基板8は、第2面8D側において筐体71と接続され固定されている。第2面8D上に形成されている第1導体パターン85Dおよび第5導体パターン86Dの各々は、筐体71と放熱シート72を介して接続されている。第2面8D上に形成されている導体パターン87Dは、筐体71と直接接続されている。放熱シート72を構成する材料は、電気的絶縁性を有し、かつ比較的高い熱伝導性を有する材料(例えば熱伝導率が1.0W/mK以上の材料)である。放熱シート72は、例えば信越化学工業(株)製の低硬度放熱シリコーンゴムシートTC-CAS-10(熱伝導率1.8W/mK)、または電気化学工業(株)製の放熱スペーサーFSL-J(熱伝導率1.0W/mK)を採用し得る。
次に、図2、図5および図6を参照して、多層基板8上に形成されている電気回路、特にトランス1に関する回路について説明する。図2、図5(B)および(C)を参照して、第4導体パターン85Bの一端および第2導体パターン85Cの一端は、ビア81Fを介して接続されている。第4導体パターン85Bの他端は、一次側駆動回路2の接続点22と接続されている。第2導体パターン85Cの他端は、一次側駆動回路2の接続点23と接続されている。これにより、第4導体パターン85Bおよび第2導体パターン85Cは、接続点22,23に対して直列に接続され、1次側コイル11Aを構成している。
図2、図5(A)、(D)、図6(A)および(B)を参照して、第3導体パターン85Aの一端は、整流素子31Aのカソード端子と接続されている。第1導体パターン85Dの一端は、整流素子31Bのカソード端子と、導体パターン86Aおよびビア81Jを介して接続されている。第3導体パターン85Aの他端および第1導体パターン85Dの他端は、ビア81Eを介して接続されており、かつビア81Eを介して導体パターン88Bおよび導体パターン88Cと接続されている。導体パターン88B,88Cは、平滑回路4の接続点34と接続されている。これにより、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dは、接続点34に並列に接続され、2次側コイル12Aおよび2次側コイル12Bを構成している。整流素子31A,31Bの各アノード端子は、導体パターン87A、固定穴73A,73B、導体パターン87Dを介して、基準電位7となる筐体71と接続されている。
多層基板8において、導体パターン層81Bおよび導体パターン層81C上には、トランス1の1次側の回路と2次側の回路とが形成されている。具体的には、第4導体パターン85Bおよび第2導体パターン85Cは、一次側駆動回路2に接続されている。導体パターン86B,87B,88B、および導体パターン86C,87C,88Cは、整流回路3、平滑回路4などの2次側の回路と接続されている。一方、導体パターン層81Aおよび導体パターン層81D上には、ビア81Fを除き、トランス1の2次側の回路のみが形成されている。具体的には、第3導体パターン85A、導体パターン86A、導体パターン87A、第1導体パターン85D、第5導体パターン86D、導体パターン87Dは、整流回路3、平滑回路4などの2次側の回路と接続されている。多層基板8において、1次側の回路を構成する各導体パターンと2次側の回路を構成する各導体パターンとは、絶縁型コンバータ100に要求される絶縁耐圧(例えば2kV/min)を満足し得る絶縁距離以上を隔てて形成されている。なお絶縁距離は、電気絶縁層82A~82C内に埋め込まれている導体パターン層81B,81Cにおける絶縁距離は、電気絶縁層に埋め込まれていない導体パターン層81A,81Dにおける絶縁距離よりも短くなる。
次に、図5および図6を参照して、多層基板8に形成されている放熱経路、特にトランス1に関する放熱経路について説明する。図6(A)~(D)において、一部の放熱経路を点線および矢印で例示している。
図5(B)、図6(A),(B)および(D)を参照して、第4導体パターン85Bに生じた熱は、第4導体パターン85B上に伝えられるとともに、第4導体パターン85Bから電気絶縁層82Aを介して、上記交差する方向から視たときに第4導体パターン85Bと重なる位置に形成されている第3導体パターン85Aおよび熱伝導部材91A~91Cに伝えられる。第3導体パターン85Aおよび熱伝導部材91A~91Cに伝えられた熱は、第3導体パターン85Aに生じた熱とともに、ビア81E,81G~81Jから第1導体パターン85D、導体パターン86D,87Dを経て、筐体71に伝えられる。さらに、第3導体パターン85Aおよび熱伝導部材91A~91Cに伝えられた熱は、電気絶縁層82Aを介して導体パターン86B,88Bに伝えられ、ビア81E,81G~81Jから第1導体パターン85D、導体パターン86D,87Dを経て、筐体71に伝えられる。第4導体パターン85Bと第3導体パターン85Aとが上記交差する方向において重なる領域が大きいほど、電気絶縁層82Aを介した伝熱が効果的に行われる。
図5(C)、図6(A),(B)および(D)を参照して、第2導体パターン85Cに生じた熱は、第2導体パターン85C上に伝えられるとともに、第2導体パターン85Cから電気絶縁層82Cを介して、上記交差する方向から視たときに第2導体パターン85Cと重なる位置に形成されている第1導体パターン85Dおよび熱伝導部材91D~91Fに伝えられる。第1導体パターン85Dおよび熱伝導部材91D~91Fに伝えられた熱は、第1導体パターン85Dに生じた熱とともに、筐体71に伝えられる。第2導体パターン85Cと第1導体パターン85Dとが上記交差する方向において重なる領域が大きいほど、電気絶縁層82Cを介した伝熱が効果的に行われる。
<作用効果>
絶縁型コンバータ100は、第1面8Aおよび第1面8Aと反対側に位置する第2面8Dとを有し、第1面8Aから第2面8Dにまで達する第1貫通孔84Cが形成されている多層基板8と、一部が第1貫通孔84Cに挿通された磁性体コア13とを備える。多層基板8は、第1面8A上において第1貫通孔84Cの周囲に巻線状に形成されている第3導体パターン85Aと、第2面8D上において第1貫通孔84Cの周囲に巻線状に形成されている第1導体パターン85Dと、第1面8Aと第2面8Dとの間において第1貫通孔84Cの周囲に巻線状に形成されており、かつ、第1面8Aと交差する方向から視たときに、第3導体パターン85Aと重なる位置に形成されている第4導体パターン85Bと、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dの少なくともいずれかの上に形成されており、かつ、多層基板8と磁性体コア13との間に配置されている部分を有する少なくとも1つの熱伝導部材91A~91Fと、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dと第4導体パターン85Bとの間を電気的に絶縁している電気絶縁層82A,82C(絶縁伝熱部材)とを含む。第3導体パターン85Aと第1導体パターン85Dとは電気的に接続されている。
絶縁型コンバータ100は、第1面8Aおよび第1面8Aと反対側に位置する第2面8Dとを有し、第1面8Aから第2面8Dにまで達する第1貫通孔84Cが形成されている多層基板8と、一部が第1貫通孔84Cに挿通された磁性体コア13とを備える。多層基板8は、第1面8A上において第1貫通孔84Cの周囲に巻線状に形成されている第3導体パターン85Aと、第2面8D上において第1貫通孔84Cの周囲に巻線状に形成されている第1導体パターン85Dと、第1面8Aと第2面8Dとの間において第1貫通孔84Cの周囲に巻線状に形成されており、かつ、第1面8Aと交差する方向から視たときに、第3導体パターン85Aと重なる位置に形成されている第4導体パターン85Bと、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dの少なくともいずれかの上に形成されており、かつ、多層基板8と磁性体コア13との間に配置されている部分を有する少なくとも1つの熱伝導部材91A~91Fと、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dと第4導体パターン85Bとの間を電気的に絶縁している電気絶縁層82A,82C(絶縁伝熱部材)とを含む。第3導体パターン85Aと第1導体パターン85Dとは電気的に接続されている。
このような絶縁型コンバータ100によれば、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dと第4導体パターン85Bとの間を電気的に絶縁している電気絶縁層82A,82Cを含むことにより、第4導体パターン85Bを1次側コイルとして、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dを2次側コイルとして構成し得る。そして、第4導体パターン85Bが第3導体パターン85Aと重なる位置に形成されていることにより、絶縁型コンバータ100は、1次側コイルと2次側コイルとが第1面上に並んで形成されていた従来の絶縁型コンバータと比べて、小型化され得る。
さらに、絶縁型コンバータ100によれば、第4導体パターン85Bが第3導体パターン85Aと重なる位置に形成されていることにより、第4導体パターン85Bに生じた熱は電気絶縁層82Aを介して第3導体パターン85Aに伝えられる。さらに、絶縁型コンバータ100によれば、第3導体パターン85A上に熱伝導部材91A~91Cが形成されていることにより、第3導体パターン85Aに生じた熱および第3導体パターン85Aに伝えられた熱を第1面8Aに沿った方向に伝えることができる。その結果、コイルパターンである第3導体パターン85Aおよび第4導体パターン85B上に大きな温度差が形成されることを抑制することができるため、絶縁型コンバータ100は第3導体パターン85Aを放熱経路に組み込むことにより、高い放熱性を有し得る。コイルパターン上に大きな温度差が形成される場合には、当該コイルパターンにおいて相対的に温度が高くなりやすい部分の近くに放熱経路なるべき伝熱用ビアを形成する必要がある。また、当該伝熱用ビアは、上記交差する方向に重なるように形成されている1次側コイルおよび2次側コイルに対して形成される場合に、少なくとも一方のコイルと絶縁距離を隔てて形成される必要がある。その場合、トランスは絶縁距離の分小型化が困難となる。これに対し、絶縁型コンバータ100によれば、第3導体パターン85A、第4導体パターン85Bの近くに伝熱用ビアを形成することなく高い放熱性を有することができるため、1次側コイルと2次側コイルとが重なるように形成されかつこれらのコイルの近くに伝熱用ビアが形成される絶縁型コンバータと比べても、さらに小型化され得る。
上記絶縁型コンバータ100において、多層基板8は、第1面8Aと第2面8Dとの間において第1貫通孔84Cの周囲に巻線状に形成されており、上記交差する方向から視たときに、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dの少なくともいずれかと重なる位置に形成されている部分を有する第2導体パターン85Cをさらに含む。第3導体パターン85A、第4導体パターン85B、第2導体パターン85C、および第1導体パターン85Dは、上記交差する方向に順に形成されている。第4導体パターン85Bと第2導体パターン85Cとは電気的に接続されている。第3導体パターン85Aと第4導体パターン85Bとの間の交差する方向における距離、および第1導体パターン85Dと第2導体パターン85Cとの間の交差する方向における距離は、第4導体パターン85Bと第2導体パターン85Cとの間の交差する方向における距離よりも短い。すなわち、電気絶縁層82A,82Cの厚みは、電気絶縁層82Bの厚みよりも薄い。
このようにすれば、多層基板8の第1面8Aと第2面8Dとの間にコイルパターンを複数形成することができるため、例えば第4導体パターン85Bおよび第2導体パターン85Cからなる1次側コイル11A(あるいは2次側コイル)の巻数を容易に増やすことができる。さらに、電気絶縁層82A,82Cの厚みは電気絶縁層82Bの厚みよりも薄いため、電気絶縁層82Aを介した第4導体パターン85Bから第3導体パターン85Aへの熱伝導、および電気絶縁層82Cを介した第2導体パターン85Cから第1導体パターン85Dへの熱伝導を、効率的に行うことができる。
また、電気絶縁層82Bが厚く形成されている場合、導体パターン層81Bに形成されている巻線状の第4導体パターン85Bと導体パターン層81Cに形成されている巻線状の第2導体パターン85Cとの間に生じる寄生のコンデンサを低減できる。そのため、絶縁型コンバータ100によれば、ノイズの原因となるスイッチング素子のオンオフ動作時の振動も抑制できる。
上記絶縁型コンバータ100において、第1導体パターン85Dの少なくとも一部と接続されている筐体71をさらに備える。このようにすれば、第1導体パターン85D、および第1導体パターン85Dと電気的に接続されている第3導体パターン85Aを、第4導体パターン85Bから筐体71に至る放熱経路に組み込むことができる。そのため、絶縁型コンバータ100は、上述の構成により第3導体パターン85Aにおいて大きな温度差が形成されることが抑制されているため、高い放熱性を有している。
上記絶縁型コンバータ100において、多層基板8は、上記交差する方向から視たときに、第3導体パターン85Aと少なくとも一部が重なるが第1導体パターン85Dおよび第4導体パターン85Bとは重ならない第2面8D上の領域に形成されている第5導体パターン86Dと、第1面8Aから第2面8Dにまで達するように形成されており、かつ第3導体パターン85Aと第5導体パターン86Dとを接続するビア81Gとをさらに含む。第5導体パターン86Dの少なくとも一部は筐体71と接続されている。
このようにすれば、第3導体パターン85Aから第1導体パターン85Dを経て筐体71に至る放熱経路に加えて、第3導体パターン85Aから第5導体パターン86Dを経て筐体71に至る放熱経路を形成することができる。そのため、このような構成を備える絶縁型コンバータ100は、第3導体パターン85Aから第1導体パターン85Dを経て筐体71に至る放熱経路のみが形成された絶縁型コンバータ100と比べて、さらに高い放熱性を有している。
上記絶縁型コンバータ100において、多層基板8は、第1面8Aと第2面8Dとの間に形成されており、上記交差する方向から視たときに、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dの少なくともいずれかと重なる位置に形成されている部分を有する第6導体パターン86B,86Cをさらに含む。第4導体パターン85Bと第6導体パターン86B,86Cとは、電気的に絶縁されている。第6導体パターン86B,86Cは、筐体71と接続されている。
このようにすれば、第3導体パターン85Aから第1導体パターン85Dを経て筐体71に至る放熱経路に加えて、第3導体パターン85Aから第6導体パターン86B,86Cを経て筐体71に至る放熱経路をさらに形成することができる。そのため、このような構成を備える絶縁型コンバータ100は、第3導体パターン85Aから第1導体パターン85Dを経て筐体71に至る放熱経路のみが形成された絶縁型コンバータ100と比べて、さらに高い放熱性を有している。
<変形例>
絶縁型コンバータ100において、多層基板8の第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85D上に形成され得る熱伝導部材は、図5および図6に示される構成に限られるものでは無い。
絶縁型コンバータ100において、多層基板8の第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85D上に形成され得る熱伝導部材は、図5および図6に示される構成に限られるものでは無い。
図7(A)に示されるように、第3導体パターン85A上には、平面形状がL字状である2つの熱伝導部材91G,91Hが互いに間隔を隔てて形成されていてもよい。図7(B)に示されるように、第3導体パターン85A上には、平面形状がコ字状である1つの熱伝導部材91Jが形成されていてもよい。
図8(A)および(B)に示されるように、熱伝導部材91Kは、上記交差する方向から視たときに、ビア81G,81Hと重なるように形成されて、ビア81G,81Hと接続されていてもよい。熱伝導部材91Kは、例えば第3導体パターン85A上にリフロー半田付けにより接続され得るが、このとき半田の量を多めにしておくことにより、リフローで加熱した際にビア81G,81Hの内部に半田を埋めることができる。これにより、ビア81G,81Hの内壁に形成された銅めっき内に半田が充填されるため、銅めっきに加え半田も熱輸送路とすることができる。その結果、ビア81G,81Hを介した放熱性を高めることができる。なお、図7および図8は、第3導体パターン85A上の熱伝導部材を示しているが、第1導体パターン85D上に形成される熱伝導部材も同様の構成を採り得る。
上述のように、第4導体パターン85Bと第2導体パターン85Cとを接続しているビア81Fは、第2面8Dまで達するように形成されていてもよい。この場合、図9に示されるように、第4導体パターン85Bおよび第2導体パターン85Cは、ビア81Fと接続されている部分の幅(第4導体パターン85Bおよび第2導体パターン85Cの延在方向に垂直な方向の長さ)を他の部分と比べて相対的に細くしてもよい。このようにしても、相対的に幅狭な部分はビア81Fに接続されているため放熱性が高い。また、相対的に幅広な部分はビア81Fに接続されている当該幅狭な部分から離れた位置にあるが、その面積が相対的に大きいため、電気絶縁層82A,82C(図3参照)を介して第3導体パターン85Aまたは第1導体パターン85Dに効率的に放熱することができる。
実施の形態2.
次に、図10~図12を参照して、実施の形態2に係る絶縁型コンバータについて説明する。実施の形態2に係る絶縁型コンバータは基本的に実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の構成を備えるが、2次側の回路構成および2次側の回路を構成する多層基板8上の導体パターンの構成が異なっている。
次に、図10~図12を参照して、実施の形態2に係る絶縁型コンバータについて説明する。実施の形態2に係る絶縁型コンバータは基本的に実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の構成を備えるが、2次側の回路構成および2次側の回路を構成する多層基板8上の導体パターンの構成が異なっている。
図10に示されるように、整流回路3を構成する整流素子31C,31Dのアノード端子は、トランス1の2次側コイル12A、12Bと接続されている。整流素子31C,31Dのカソード端子は、平滑回路4と接続されている(接続点44)。
図11に示されるように、第3導体パターン85Aの一端は整流素子31Cのアノード端子に接続されている。第3導体パターン85Aの他端には、固定穴73Cが形成されている。固定穴73Cは、固定穴73A,73Bと同様の構成を備えており、第1面8Aから第2面8Dに達するように形成されており、各導体パターン層81A~81Dを貫通している。固定穴73Cの内周側面上には、導電性を有する材料からなる導電膜、例えばCu膜が形成されていてもよい。当該導電膜は、例えばメッキ法により成膜され得る。第3導体パターン85Aの他端は、固定穴73Cを介して第1導体パターン85Dおよび筐体71と接続されている。整流素子31Dのアノード端子は、第3導体パターン85Aと絶縁距離を隔てて形成されている導体パターン86に接続されている。
整流素子31C,31Dのカソード端子は、導体パターン層81A上において第3導体パターン85Aと絶縁距離を隔てて形成された導体パターン89Aに接続されている。導体パターン89Aは、接続点44を成している。
導体パターン層81B,81C,81Dの各々には、第4導体パターン85B、第2導体パターン85C、第1導体パターン85Dと絶縁距離を隔てて形成された導体パターン89B,89C,89Dが形成されている。導体パターン89A~89Dは、ビア81Kを介して接続されており、さらに放熱シート72を介して筐体71と接続されている。
図11(A)および(D)に示されるように、第3導体パターン85A上には、熱伝導部材91L,91M,91Nが形成されている。第1導体パターン85D上には、熱伝導部材91P,91Q,91Rが形成されている。熱伝導部材91L~91Rの各々は、基本的に熱伝導部材91A~91Fと同様の構成を備えるが、第3導体パターン85A上に形成されている熱伝導部材間の空隙部が第1導体パターン85D上に形成されている熱伝導部材と重なるように形成されている点で異なる。
熱伝導部材91Lと熱伝導部材91Mとの空隙部は熱伝導部材91Qと、上記交差する方向から視たときに重なるように形成されている。熱伝導部材91Lと熱伝導部材91Nとの空隙部は熱伝導部材91Pと、上記交差する方向から視たときに重なるように形成されている。同様に、上記交差する方向から視たときに、熱伝導部材91Pと熱伝導部材91Qとの空隙部は熱伝導部材91Lと重なるように形成されており、熱伝導部材91Pと熱伝導部材91Rとの空隙部は熱伝導部材91Nと重なるように形成されている。
実施の形態2に係る絶縁型コンバータの放熱経路は、基本的には実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100の放熱経路と同様である。すなわち、第4導体パターン85Bが第3導体パターン85Aと重なる位置に形成されていることにより、第4導体パターン85Bに生じた熱は電気絶縁層82Aを介して第3導体パターン85Aに伝えられ得る。さらに、第3導体パターン85A上に熱伝導部材91L~91Nが形成されていることにより、第3導体パターン85Aに生じた熱および第3導体パターン85Aに伝えられた熱を第1面8Aに沿った方向に伝えることができる。
そのため、実施の形態2に係る絶縁型コンバータは、実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の効果を奏することができる。
一方で、実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100のように、熱伝導部材91Lと熱伝導部材91Mとの空隙部が熱伝導部材91Lと熱伝導部材91Mとの空隙部と上記交差する方向から視たときに重なるように形成されている場合、空隙部を起点に多層基板8に反りが生じる可能性がある。多層基板8に反りが生じた場合、その反り量によっては多層基板8がダメージを受けることもある。また、多層基板8に反りが生じた場合、その反り量によっては多層基板8の反り量の分だけ多層基板8と筐体71との間を接続する放熱シート72の厚みを厚くする必要が生じ、その結果絶縁型コンバータ100の放熱性が低下するという問題が生じ得る。このような問題は、例えば多層基板8の厚みを厚くしてその剛性を高め、多層基板8の反り量の増大を抑制することで、対応され得る。
これに対し、実施の形態2に係る絶縁型コンバータは、熱伝導部材91Lと熱伝導部材91Mとの空隙部は熱伝導部材91Qと上記交差する方向から視たときに重なるように形成されているため、熱伝導部材91Lと熱伝導部材91Mとの空隙部を起点とする多層基板8の反りを熱伝導部材91Qにより抑制することができる。その結果、実施の形態2に係る絶縁型コンバータは、実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様に高い放熱性を有しながらも、絶縁型コンバータ100と比べて多層基板8の厚みを薄くすることもできる。
また、実施の形態2に係る絶縁型コンバータによれば、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dの一端は、筐体71と同電位となるため固定穴73Cを介して筐体71と直接接続されている。そのため、実施の形態2に係る絶縁型コンバータによれば、放熱シート72を介して筐体71と接続されている絶縁型コンバータ100と比べて、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dを介する放熱経路の放熱性が高められている。
実施の形態3.
次に、図13~図15を参照して、実施の形態3に係る絶縁型コンバータについて説明する。実施の形態3に係る絶縁型コンバータは基本的に実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の構成を備えるが、1次側および2次側の回路構成および各回路を構成する多層基板8上の導体パターンの構成が異なっている。
次に、図13~図15を参照して、実施の形態3に係る絶縁型コンバータについて説明する。実施の形態3に係る絶縁型コンバータは基本的に実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の構成を備えるが、1次側および2次側の回路構成および各回路を構成する多層基板8上の導体パターンの構成が異なっている。
実施の形態3に係る絶縁型コンバータでは、トランス1の1次側コイル11B,11Cが、導体パターン層81Aに形成されている第3導体パターン85Eおよび導体パターン層81Dに形成されている第1導体パターン85Hにより構成されている。トランス1の2次側コイル12Cが、導体パターン層81Bに形成されている第4導体パターン85Fおよび導体パターン層81Cに形成されている第2導体パターン85Gにより構成されている。第3導体パターン85E、第1導体パターン85H、第4導体パターン85F、第2導体パターン85Gは、固定穴74Cを囲むように巻線状に形成されている。
図13に示されるように、一次側駆動回路2は、スイッチング素子21E,21Fを含む。スイッチング素子21E,21Fの各ドレイン端子は、トランス1の1次側コイル11B,11Cの一端と接続されている。スイッチング素子21E,21Fのソース端子が入力電圧Vinである直流電源のマイナス側(基準電位7)に接続されている。トランス1の1次側コイル11B,11Cの接続点27は、直流電源のプラス側に接続されている。
図13に示されるように、整流回路3は、直列に接続された整流素子31E,31Fと、整流素子31G,31Hとで構成されている。整流素子31Eと整流素子31Fとの接続点35と、整流素子31Gと整流素子31Hとの接続点36との間に、トランス1の2次側コイル12Cが接続されている。整流素子31E,31Gのカソード端子は、平滑コイル42に接続されている。整流素子31E,31Gのアノード端子は、平滑コンデンサ41のマイナス側に接続されている。
図14(A)および(D)に示されるように、多層基板8の第1面8A上に形成されている導体パターン層81Aは、1次側コイル11Cを構成する第3導体パターン85Eと、第3導体パターン85Eの角部と絶縁距離を隔てて隣り合うように形成されている導体パターン90Aとを有している。導体パターン90Aは、固定穴73Cを介して筐体71と接続されている。言い換えると、導体パターン層81Aは、筐体71と接続される導体パターン90Aを有するとともに、導体パターン90Aと絶縁距離を隔てて形成されており、かつ可能な限り大きな面積を有するように形成されている第3導体パターン85Eを有している。
多層基板8の第2面8D上に形成されている導体パターン層81Dは、1次側コイル11Bを構成する第1導体パターン85Hを有している。第1面8Aと第2面8Dとの間に形成されている導体パターン層81B,81Cは、それぞれ2次側コイル11Cを構成する第4導体パターン85F、第2導体パターン85Gを有している。
多層基板8には、固定穴73D,73E,73F,73Gが形成されている。固定穴73D~73Gは、固定穴73A,73Bと基本的に同様の構成を備えている。固定穴73D~73Gは、導体パターン層81A~81D上に形成されている導体パターンと接続されており、かつ筐体71と接続されている。固定穴73D,73Eは、第3導体パターン85Eの角部と絶縁距離を隔てて隣り合うように形成されている導体パターン90Aと、第4導体パターン85Fと絶縁距離を隔てて隣り合うように形成されている導体パターン90Bと、第2導体パターン85Gと絶縁距離を隔てて隣り合うように形成されている導体パターン90Cと、第1導体パターン85Hの角部と絶縁距離を隔てて隣り合うように形成されている導体パターン90Dと、接続されている。導体パターン90B,90Cは、第1面8Aと第2面8Dとの間に形成されており、上記交差する方向から視たときに、第3導体パターン85Eおよび第1導体パターン85Hの少なくともいずれかと重なる位置に形成されている部分を有する第6導体パターンとして形成されている。
第3導体パターン85Eの一端は、スイッチング素子21Fのドレイン端子と接続されており、かつビア81Lと接続されている。第3導体パターン85Eの他端は、ビア81Lおよび接続点27と接続されている。スイッチング素子21E,21Fのソース端子は、例えば固定穴73F,73Gを介して筐体71(基準電位7)に接続されている。第1導体パターン85Hの一端は、ビア81Nを介してスイッチング素子21Eのドレイン端子と接続されている。第1導体パターン85Hの他端は、ビア81Lおよび接続点27と接続されている。第4導体パターン85Fの一端は、整流回路3の接続点35と接続されている。第2導体パターン85Gの一端は、整流回路3の接続点36と接続されている。第4導体パターン85Fの他端は、ビア81Fを介して第2導体パターン85Gの他端と接続されている。
図14(A)および(D)に示されるように、第3導体パターン85E上に熱伝導部材91S,91T,91Uが形成されている。第1導体パターン85H上に熱伝導部材91V,91W,91Xが形成されている。熱伝導部材91S~91Xは、熱伝導部材91A~91Fと基本的に同様の構成を備えている。熱伝導部材91T,91U,91W,91Xは、第3導体パターン85Eまたは第1導体パターン85Hにおいて導体パターン90Aと絶縁距離を隔てて隣り合う部分上に形成されている。熱伝導部材91T,91U,91W,91Xは、平面形状が凸字状である。
第4導体パターン85Fと絶縁距離を隔てて形成されている複数の導体パターン86Bは、それぞれ固定穴73D,73E、ビア81L,81M,81Nと接続されている。第2導体パターン85Gと絶縁距離を隔てて形成されている複数の導体パターン86Cは、それぞれ固定穴73D,73E、ビア81L,81M,81Nと接続されている。
固定穴73D,73Eと接続されている導体パターン86B,86Cは、上記交差する方向から視たときに、第3導体パターン85Eおよび第1導体パターン85Hと重なるように形成されている。
実施の形態3に係る絶縁型コンバータの放熱経路は、基本的には実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100の放熱経路と同様である。第4導体パターン85Fに生じた熱は、電気絶縁層82Aを介して第3導体パターン85Eに伝わり、第3導体パターン85Eに生じた熱とともに熱伝導部材91S~91Uに拡がった後、ビア81L~81Nおよび放熱シート72を介して筐体71に伝えられる。また、第3導体パターン85Eに生じた熱および第4導体パターン85Fから第3導体パターン85Eに伝えられた熱は、熱伝導部材91S~91Uに拡がった後、電気絶縁層82Aを介して導体パターン86Bに伝わり、固定穴73D,73Eおよび固定具74D,74E(例えばネジ)を介して筐体71に伝えられる。同様に、第2導体パターン85Gに生じた熱は、電気絶縁層82Cを介して第1導体パターン85Hに伝わり、第1導体パターン85Hに生じた熱とともに熱伝導部材91V~91Xに拡がった後、放熱シート72を介して筐体71に伝えられる。また、第2導体パターン85Gに生じた熱は、電気絶縁層82Cを介して導体パターン86Dに伝わり、固定穴73C,73Dを介して筐体71に伝えられる。
すなわち、第4導体パターン85Fが第3導体パターン85Eと重なる位置に形成されていることにより、第4導体パターン85Fに生じた熱は電気絶縁層82Aを介して第3導体パターン85Eに伝えられ得る。さらに、第3導体パターン85E上に熱伝導部材91S~91Uが形成されていることにより、第3導体パターン85Eに生じた熱および第3導体パターン85Eに伝えられた熱を第1面8Aに沿った方向に伝えることができる。
そのため、実施の形態3に係る絶縁型コンバータは、実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の効果を奏することができる。
また、実施の形態3に係る絶縁型コンバータによれば、固定穴73D,73Eを介して筐体71と直接接続されている導体パターン90A,90Bが、1次側コイルまたは2次側コイルとして構成されている第3導体パターン85E,第2導体パターン85Gの角部または第1導体パターン85H,第4導体パターン85Fの近くに形成されている。
そのため、実施の形態3に係る絶縁型コンバータによれば、絶縁型コンバータ100と比べて、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dを介する放熱経路の放熱性が高められている。
実施の形態1~3に係る絶縁型コンバータにおいて、1次側コイルおよび2次側コイルの巻数は、昇圧比または降圧比に応じて任意の数であればよい。例えば、図4および図5に示される実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100において、1次側コイル11Aの巻数を6とし、2次側コイル12A,12Bの各巻数を1とすると、トランス1は降圧比6:1となる。
実施の形態4.
実施の形態1~3に係る絶縁型コンバータにおいて、1次側コイル11Aは第4導体パターン85Bおよび第2導体パターン85Cにより構成されているが、これに限られるものではない。図16に示されるように、1次側コイル11Aは第2導体パターン85Cのみにより構成されていてもよい。
実施の形態1~3に係る絶縁型コンバータにおいて、1次側コイル11Aは第4導体パターン85Bおよび第2導体パターン85Cにより構成されているが、これに限られるものではない。図16に示されるように、1次側コイル11Aは第2導体パターン85Cのみにより構成されていてもよい。
導体パターン層81Bには、第4導体パターン85Bに代えて第7導体パターン92Bが形成されている。上記交差する方向から視たときに、第7導体パターン92Bは、第3導体パターン85A、第2導体パターン85Cおよび第1導体パターン85Dと重なる位置に形成されている。第7導体パターン92Bの一端は、ビア81Fを介しておよび第2導体パターン85Cの一端と接続されている。第7導体パターン92Bの他端は、一次側駆動回路2の接続点22と接続されている。
図16(b)に示されるように、各第6導体パターン86Bは、導体パターン層81B上において、上記第7導体パターン92Bおよび導体パターン87B,88Bが形成されていない領域に広く形成されていてもよい。実施の形態4における導体パターン81B層中の各第6導体パターン86Bの合計の面積は、例えば実施の形態1~3における導体パターン81B層中の各第6導体パターン86Bの合計の面積と比べて、大きくてもよい。複数の第6導体パターン86B、第7導体パターン92Bおよび導体パターン87B,88Bの各々は、絶縁距離を隔てて形成されている。貫通孔84Cと貫通孔84Aとの間、および貫通孔84Cと貫通孔84Bとの間を電流が流れないようにされているため、上記絶縁型コンバータにおいてトランスは正常に動作し得る。
第2導体パターン85Cが1次側コイルとして、第3導体パターン85Aおよび第1導体パターン85Dが2次側コイルとして構成されている。そのため、実施の形態4に係る絶縁型コンバータは、1次側コイルと2次側コイルとが第1面上に並んで形成されていた従来の絶縁型コンバータと比べて小型化され得る。
また、第7導体パターン92Bが第3導体パターン85Aと重なる位置に形成されていることにより、第7導体パターン92Bに生じた熱は電気絶縁層82Aを介して第3導体パターン85Aに伝えられ得る。そのため、実施の形態4に係る絶縁型コンバータは、実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の効果を奏することができる。
実施の形態5.
次に、図17および図18を参照して、実施の形態5に係る絶縁型コンバータについて説明する。実施の形態5に係る絶縁型コンバータは基本的に実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の構成を備えるが、1次側および2次側の回路構成および各回路を構成する多層基板8上の導体パターンの構成が異なっている。
次に、図17および図18を参照して、実施の形態5に係る絶縁型コンバータについて説明する。実施の形態5に係る絶縁型コンバータは基本的に実施の形態1に係る絶縁型コンバータ100と同様の構成を備えるが、1次側および2次側の回路構成および各回路を構成する多層基板8上の導体パターンの構成が異なっている。
実施の形態5に係る絶縁型コンバータでは、トランス1の1次側コイル11Dが、導体パターン層81Cに形成されている第2導体パターン85Cにより構成されている。トランス1の2次側コイル12Dが、導体パターン層81Dに形成されている第1導体パターン85Dにより構成されている。第1導体パターン85Dおよび第2導体パターン85Cの各々は、貫通孔84Cを囲むように巻線状に形成されている。
図17に示されるように、一次側駆動回路2は、直列に接続されているスイッチング素子21Aおよびスイッチング素子21Bと、スイッチング素子21Cおよびスイッチング素子21Dとで構成されている。スイッチング素子21Aとスイッチング素子21Bとの接続点22と、スイッチング素子21Cとスイッチング素子21Dとの接続点23との間に、トランス1の1次側コイル11Dが接続されている。スイッチング素子21A,スイッチング素子21B,21C,21Dは、例えばMOSFETである。スイッチング素子21A,21Cの各ドレイン端子は、直流電源6のプラス側に接続されている。スイッチング素子21B,21Dの各ソース端子は、直流電源6のマイナス側に接続されている。
整流回路3は、直列に接続された整流素子31E,31Fと、整流素子31G,31Hとで構成されている。整流素子31Eと整流素子31Fとの接続点35と、整流素子31Gと整流素子31Hとの接続点36との間に、トランス1の2次側コイル12Dが接続されている。整流素子31E,31Gのカソード端子は、平滑コイル42に接続されている。整流素子31E,31Gのアノード端子は、平滑コンデンサ41のマイナス側に接続されている。
図18(D)に示されるように、多層基板8の第2面8D上に形成されている導体パターン層81Dは、2次側コイル12Dを構成する第1導体パターン85Dを有している。第1導体パターン85Dを有している。図18(C)に示されるように、第1面8Aと第2面8Dとの間に形成されている導体パターン層81Cは、1次側コイル11Dを構成する第2導体パターン85Cを有している。図18(B)に示されるように、第1面8Aと第2面8Dとの間に形成されている導体パターン層81Bは、第7導体パターン92Bを有している。図18(A)に示されるように、第1面8A上に形成されている導体パターン層81Aは、導体パターン93A,94Aを有している。
第1導体パターン85Dの一端は、ビア81Eを介して導体パターン層81Aの導体パターン93Aに接続され、導体パターン93Aにおいて整流回路3の接続点35と接続されている。第1導体パターン85Dの他端は、ビア81Jを介して導体パターン層81Aの導体パターン94Aに接続され、導体パターン94Aにおいて整流回路3の接続点36と接続されている。
第2導体パターン85Cの一端は、ビア81Fを介して導体パターン層81Bの第7導体パターン92Bに接続され、第7導体パターン92Bにおいてスイッチング素子21Aとスイッチング素子21Bとの接続点22と接続されている。第2導体パターン85Cの他端は、スイッチング素子21Cとスイッチング素子21Dとの接続点23と接続されている。
第1導体パターン85Dおよび第2導体パターン85Cの放熱経路は、実施の形態1~3と基本的に同様のため、説明を省略する。
図18において導体パターン層81Aと導体パターン層81Bの導体パターンおよびビア81Fを図示していない部分には、スイッチング素子21A~21Dや整流素子31E~31H、制御回路5を配置することができる。そのため、実施の形態4では、実施の形態1~3においてトランスの周囲に配置していた回路および部品を、トランスを構成する第1導体パターン85Dおよび第2導体パターン85Cと重ねて配置できる。その結果、実施の形態4に係る絶縁型コンバータは、実施の形態1~3に係る絶縁型コンバータと比べて小型化され得る。
なお、貫通孔84Cと貫通孔84Aとの間、および貫通孔84と貫通孔84Bとの間を接続する導体パターンは配置されていない。すなわち、貫通孔84Cと貫通孔84Aとの間および貫通孔84と貫通孔84Bとの間には、電流が流れないようにされている。そのため、上記絶縁型コンバータにおいてトランスは正常に動作し得る。
また、本明細書において、第1貫通孔84Cを囲むように形成されているとは、貫通孔84Cの全周囲(360度)を囲むように形成されている場合に限られるものではなく、少なくともE型コアの連結部に重なる部分において貫通孔84Cの横に配置されていればよい。第1貫通孔84Cを囲むように形成されているとは、例えば貫通孔84Cの周囲の3/4を囲むように形成されていてもよい。上述のように、熱伝導部材91A,91B,91Cは、例えば平面形状が矩形状である貫通孔84Cの3辺に沿うように、コ字状に形成されていてもよい。
実施の形態1~5に係る絶縁型コンバータにおいて、トランス1の磁性体コアは、周回する磁路が形成される限りにおいて、任意に構成されていればよい。E型コア13の場合、中足13Cの延在方向(多層基板8の第1面8Aに交差する方向)に垂直な断面積は、外足13A,13Bの当該方向に垂直な断面積の2倍以上であるのが好ましい。また、トランス1の磁性体コアは、例えば2つのE型コアにより構成されていてもよいし、側面形状がE字状であって中足の断面形状が円形状であるEER型コアであってもよい。また、トランス1の磁性体コアは、1つの磁路のみを形成可能に設けられていてもよい。この場合、磁性体コアは、側面形状がU字状であるU型コアとI型コアとにより構成されていてもよし、2つのU型コアにより構成されていてもよい。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
1 トランス、2 一次側駆動回路、3 整流回路、4 平滑回路、5 制御回路、6 直流電源、7 基準電位、8 多層基板、8A 第1面、8D 第2面、11A,11B,11C,11D 1次側コイル、12A,12B,12C,12D 2次側コイル、13,14,43 磁性体コア、21A,21B,21C,21D,21E,21F スイッチング素子、31A,31B,31C,31D,31E,31F,31G,31H 整流素子、41 平滑コンデンサ、42 平滑コイル、73A,73B,73C,73D,73E,73F,73G 固定穴、71 筐体、72 放熱シート、74A,74B,74D,74E 固定具、84A,84B,84C 貫通孔、81A,81B,81C,81D 導体パターン層、81E,81F,81G,81H,81I,81J,81K,81L,81M,81N ビア、82A,82B,82C 電気絶縁層、85A,85E 第3導体パターン、85B,85F 第4導体パターン、85C,85G 第2導体パターン、85D,85H 第1導体パターン、86B,86C 第6導体パターン、86D 第5導体パターン、92B 第7導体パターン、91A,91B,91C,91D,91E,91F,91G,91H,91J,91K,91L,91M,91N,91P,91Q,91R,91S,91T,91U,91V,91W,91X 熱伝導部材、100 絶縁型コンバータ。
Claims (8)
- 第1面および前記第1面と反対側に位置する第2面とを有し、前記第1面から前記第2面にまで達する第1貫通孔が形成されている基板と、
一部が前記第1貫通孔に挿通された磁性体コアとを備え、
前記基板は、
前記第1面と交差する方向から視たときに、前記第2面上において前記磁性体コアと重なる位置に形成されている第1導体パターンと、
前記第1面と前記第2面との間において、前記第1面と交差する方向から視たときに、前記磁性体コアおよび前記第1導体パターンと重なる位置に形成されている第2導体パターンと、
前記第1導体パターン上に形成されており、かつ、前記基板と前記磁性体コアとの間に配置されている部分を有する少なくとも1つの熱伝導部材と、
前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとの間を電気的に絶縁している絶縁伝熱部材とを含む、絶縁型コンバータ。 - 前記基板は、
前記第1面と交差する方向から視たときに、前記第1面上において前記磁性体コアと重なる位置に形成されている第3導体パターンをさらに含み、
前記第2導体パターンと前記第3導体パターンとは電気的に絶縁されており、
前記第1導体パターンと前記第3導体パターンとは電気的に接続されている、請求項1に記載の絶縁型コンバータ。 - 前記基板は、前記第1面と前記第2面との間において、前記交差する方向から視たときに、前記磁性体コアならびに前記第1導体パターンおよび前記第3導体パターンの少なくともいずれかと重なる位置に形成されている第4導体パターンをさらに含み、
前記第3導体パターン、前記第4導体パターン、前記第2導体パターン、および前記第1導体パターンは、前記交差する方向に順に形成されており、
前記第2導体パターンと前記第4導体パターンとは電気的に接続されており、
前記第3導体パターンと前記第4導体パターンとの間の前記交差する方向における距離、および前記第1導体パターンと前記第2導体パターンとの間の前記交差する方向における距離は、前記第2導体パターンと前記第4導体パターンとの間の前記交差する方向における距離よりも短い、請求項2に記載の絶縁型コンバータ。 - 前記第1導体パターンの少なくとも一部と接続されている冷却器をさらに備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の絶縁型コンバータ。
- 前記冷却器の電位が前記第1導体パターンを含む回路の基準電位となっており、
前記第1導体パターンの少なくとも一部と前記冷却器とは、直接接続されている、請求項4に記載の絶縁型コンバータ。 - 前記基板は、前記交差する方向から視たときに、前記第3導体パターンと少なくとも一部が重なるが前記第1導体パターンおよび前記第4導体パターンとは重ならない前記第2面上の領域に形成されている第5導体パターンと、前記第1面から前記第2面にまで達するように形成されており、かつ前記第3導体パターンと前記第5導体パターンとを接続するビアとをさらに含み、
前記第5導体パターンの少なくとも一部は前記冷却器と接続されている、請求項4または5に記載の絶縁型コンバータ。 - 前記基板は、前記第1面と前記第2面との間に形成されており、前記交差する方向から視たときに、前記第1導体パターンおよび前記第3導体パターンの少なくともいずれかと重なる位置に形成されている部分を有する第6導体パターンをさらに含み、
前記第4導体パターンと前記第6導体パターンとは、電気的に絶縁されており、
前記第6導体パターンは、前記冷却器と接続されている、請求項6に記載の絶縁型コンバータ。 - 前記基板は、複数の前記熱伝導部材を含み、
前記複数の熱伝導部材は、前記第1面および第2面のいずれか一方上において互いに空隙部を隔てて形成されている複数の第1熱伝導部材と、前記第1面および第2面のいずれか他方上に形成されている第2熱伝導部材とを有し、
前記複数の第1熱伝導部材の前記空隙部は、前記交差する方向から視たときに前記第2熱伝導部材と重なるように形成されている、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の絶縁型コンバータ。
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17814948 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17814948 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |